Beeldsensoren, wat zijn dat en wat voor objectief heb ik nodig?

De beeldsensor in een digitale camera kun je ook wel het hart van een camera noemen. De sensor vangt het licht op en zet deze om in een digitaal signaal. Toen we nog analoog fotografeerde zat op de plek van de beeldsensor het negatief of een diafilm. Het lichtgevoelige papier werd belicht en zo ontstond een fotografisch beeld. In het analoge tijdperk fotografeerde men met verschillende formaten. De meest bekende zijn van klein naar groot: APS (Advanced Photo System), kleinbeeld, middenformaat en grootformaat. Tegenwoordig gebruiken we deze formaten nog steeds en zijn er veel meer kleinere formaten bijgekomen. In dit artikel leg ik uit welke formaten er zijn en laat ik zien welke camera's hieronder vallen. Ook leg ik uit wat verschillen zijn in sensorafmetingen, wat dit met de foto doet en met het formaat van de camera. Tot slot zal ik alle kenmerken van objectieven behandelen, waaronder uitleg geven over wat optische zoom is en wat 'brandpuntsafstand' betekent.

Welke beeldsensoren zijn er?

Onderstaande afbeelding toont van klein naar groot de meest voorkomende sensorformaten. Natuurlijk staan niet alle maten er tussen omdat dit er enorm veel zijn. Voor het nut van dit artikel heb ik een bewuste selectie gemaakt. Het principe is bij andere maten hetzelfde. Hieronder staat een illustratie waarin duidelijk het verschil in afmetingen te zien is.

De afbeelding is in verhouding, maar niet op ware grootte. In de "sensoren" staat een voorbeeld van het type camera dat deze afmeting sensor gebruikt. Verder in dit artikel ga ik hier in detail op in.

Een opsomming van links naar rechts:

Wat is een beeldsensor?

Een beeldsensor in een fotocamera is een chip met lichtgevoelig materiaal. Dit materiaal bestaat uit kleine lichtdiodes, ook wel lichtreceptoren of genoemd. Hoeveel dit er precies zijn wordt aangeduid met het aantal megapixel dat een camera heeft.

Meer pixels betekent foto's in een hogere resolutie met meer detailscherpte en grotere fotobestanden. Grotere sensoren in combinatie met veel megapixels (meer dan 20) stellen ook hogere eisen aan het gebruikte objectief en aan de vaardigheid van de fotograaf. Bij fotocamera's met meer dan 30 megapixels dient de fotograaf rekening te houden met onscherpte die kan ontstaan door cameratrilling. Flitslicht geeft hier vaak een oplossing.

Pixelgrootte

Pixelgrootte zegt ook iets over de lichtgevoeligheid van de beeldsensor. Grotere pixels hebben immers meer capaciteit om licht op te nemen. Veel pixels op een kleine beeldsensor hebben dus een dubbel negatief effect op de beeldkwaliteit. Dit maakt de meeste compactcamera's ongeschikt voor fotografie bij weinig bestaand licht. Grotere sensoren met minder pixels zijn daarentegen meer geschikt voor deze situaties.

Hieronder een schematische afbeelding waarop (overdreven) pixels te zien zijn. Een camera met 12 megapixels heeft 12 miljoen beeldpixels die gelijkmatig verdeeld op de sensor zitten. Je kunt duidelijk zien dat wanneer dezelfde hoeveelheid pixels over een veel kleinere sensor verdeeld moeten worden de pixels respectievelijk kleiner worden. Kleinere pixels kunnen minder licht opnemen wat zal resulteren in slechtere prestaties bij weinig licht.

Cropfactor of verlengingsfactor

Omdat nagenoeg elke beeldsensor gebaseerd is op het kleinbeeld formaat (full frame) krijgen lenzen gebruikt op een kleinere sensor een cropfactor op de brandpuntsafstand. Hieronder een afbeelding waarop de beeldcirkel te zien is. Traditioneel gezien fotograferen we in een 3:2 verhouding. Daardoor krijgen we een rechthoekige uitsnede uit de ronde beeldcirkel. Als het objectief is ontworpen voor het sensorformaat werkt de camera en lens zoals op de afbeelding te zien is (Buitenste rode rechthoek). De randen van de uitsnede zijn zo goed mogelijk verdeeld over de ronde beeldcirkel. Dit is het kleinbeeld of full frame formaat. De brandpuntsafstand die op het objectief staat, bijvoorbeeld 50mm is ook de werkelijke brandpuntsafstand (1.0x)

We spreken over een cropfactor wanneer dezelfde lens op een camera met een kleinere sensor gebruikt wordt. Op de afbeelding is een cropfactor van 1.6x te zien. Alleen het centrum van het objectief wordt nu gebruikt wat gunstig is voor de kwaliteit van de foto omdat lenzen doorgans naar het centrum toe scherper tekenen.

Over de term 'cropfactor' ontstaan veel verwarringen. Veel mensen beweren dat een cropfactor de brandpuntsafstand van een objectief verlengt. Dit is echter onjuist. Het objectief blijft hetzelfde ongeacht wat voor afmeting beeldsensor erachter geplaatst wordt. Het is de beeldhoek die verandert waardoor onze perceptie verandert. Een 50mm objectief lijkt dus een 75mm objectief (50 x 1.5) te worden door de kleinere beeldhoek wanneer dit objectief op een APS-C sensor geplaatst wordt.

De cropfactor is ook van toepassing op het scherptediepte effect. Gebruik je een 50mm f/1.8 objectief op een APC-S sensor, dan is de achtergrond minder snel onscherp dan wanneer je dezelfde lens op een full-frame sensor gebruikt. Ook hier geldt dat er aan het diafragma niks verandert, enkel de hoek waarin het licht binnenkomt is anders. Dit is zoals de meeste fotografische handelingen puur natuurkunde. Hieronder een schematische afbeelding van een 50mm objectief dat fotografeert op een full-frame-en een APS-C sensor.

Gewicht en lensafmeting

Zoals te zien gaat er behoorlijk wat van de beeldcirkel verloren buiten de rechthoekige (3:2 verhouding) sensor uitsnede. Dit neem je echter wel mee aan gewicht in de fototas. Hoe groter de beeldsensor van de camera is, hoe groter de objectieven die nodig zijn. Omdat grotere sensoren de gehele breedte van de beeldcirkel benutten, eisen deze sensoren ook een veel hogere kwaliteit lens dan de kleinere sensoren nodig hebben om een goede foto te produceren. Hoe verder we immers naar de hoek van een objectief kijken, hoe slechter deze presteert. Omdat deze objectieven gemaakt voor de grote full-frame sensoren kwalitatief zo hoogwaardig moeten zijn, is de aanschafprijs van dit glas ook een stuk hoger.

Een compactcamera daarentegen heeft baat bij een kleinere sensor. Deze camera's kunnen hierdoor vele malen kleiner zijn dan een spiegelreflex camera.

Panasonic en Olympus maken gebruik van het Micro Four Thirds systeem. Door de 4:3 beeldverhouding is het beeld iets vierkanter en wordt het gebruikte objectief beter benut. Hierdoor kan de lens veel kleiner en lichter zijn. Dit is voor afdrukken echter minder geschikt omdat de meeste afdrukformaten in 3:2 verhouding zijn.

Productiekosten

Toen de eerste digitale reflexcamera's op de markt kwamen is er bewust gekozen voor het kleinere APS-C formaat als 'standaard' binnen het spiegelreflex segment. Kleine sensoren zijn immers goedkoper te produceren en hebben kleinere en goedkopere objectieven nodig. Toen de eerste digitale camera's op de markt kwamen waren deze ook peperduur. Puur omdat het vervaardigen van een beeldsensor veel geld kost. Een grotere sensor is dus altijd duurder. Tegenwoordig worden deze formaten door veel fotomerken gebruikt en over veel camera segmenten. Als we kijken naar de drie grote segmenten: compactcamera, systeem- en spiegelreflexcamera, zien we dat er tegenwoordig al compactcamera's bestaan met een full-frame beeldsensor!

Zoombereik van het objectief

Het zoombereik neemt af naarmate het objectief voor grotere sensoren is bedoeld. Als we kijken naar de top van de markt, het professionele segment, zien we enkel grote en zware glaswerken met weinig tot geen zoom. Dit is mede voor het behoud van de lichtsterkte. Duidelijke voorbeelden zijn de 'lange lenzen', de vaste telelenzen zónder zoom. Deze zijn zeer groot in afmetingen, maar hebben geen zoommogelijkheid. Deze objectieven zijn ontworpen voor de professionele camera's met full-frame sensoren.

Kijken we naar de onderkant van de markt, het instap segment, dan zien we zeer compacte en kleine camera's. Het kenmerk van een compactcamera is onder andere dat het objectief zichzelf intrekt om het geheel nog compacter te maken. Kijken we naar een iets luxer model met veel zoom, dan krijgen we al gauw camera's met 30x (!) optische zoom of meer. Zulke gigantische zoombereiken kunnen alleen gemaakt worden door de beeldsensor te verkleinen. Als het wel gemaakt zou kunnen worden heeft de gebruiker ook een kruiwagen nodig om het objectief te vervoeren. Hou er rekening mee als je veel wilt zoomen een camera met een grotere beeldsensor minder interessant is.

Om de beginners te helpen wordt in het compactcamera segment gesproken over het aantal maal optische zoom. Dit zegt nog niks over het zoombereik, enkel hoeveel maal het beeld optisch naar voren gehaald kan worden. Om geen appels met peren te vergelijken hebben we een formule om het aantal maal optische zoom uit te rekenen:

Uiterste telestand / Uiterste groothoekstand
=
Aantal maal optische zoom Voorbeeld: Een 18-200mm zoomobjectief heeft circa 11x optische zoom

Brandpuntsafstand, wat is dat eigenlijk?

Binnen de hogere camera segmenten wordt altijd over het zoombereik gesproken. Dit betreft de brandpuntsafstand van het objectief dat wordt weergegeven in millimeters. Dit komt puur omdat als we over het zoombereik praten, we direct zien of het zoombereik gunstig is voor wat we willen fotograferen. Een 18-200mm objectief uit het voorbeeld is dus gunstig om als enkele lens te gebruiken, bijvoorbeeld op vakantie.

De brandpuntsafstand is de afstand tussen het objectief en kruisende lijnen van het opvallende licht. De brandpuntsafstand bepaalt samen met de het formaat van de beeldsensor de beeldhoek. Hoe breder de beeldhoek, hoe meer op een foto is vast te leggen. Hoe korter de brandpuntsafstand, hoe breder de beeldhoek. Bij objectieven met een korte brandpuntsafstand of een brede beeldhoek spreken we van een groothoek objectief. Bij objectieven met een lange brandpuntsafstand of een kleine beeldhoek spreken we van een tele-objectief.

Welke camera segmenten zijn er?

In dit artikel spreek ik over camera segmenten en niveaus. Voor de duidelijkheid hier globaal een opsomming.: (Uitzonderlijke modellen zijn buiten beschouwing gelaten)

Compactcamera's

Welke camera heeft welke beeldsensor?

Hieronder een tabel met een overzicht welke afmetingen sensororen in welke camera's zitten.

	Full-Frame	APS-C	APS-H	Micro Four-Thirds	1.5"	1.0"	1/1.7"	1/2.3"
Canon	5D serie, 6D, 1Ds serie	Alle overige SLR's, EOS-M	1D serie	-	G1X serie	-	G-serie compacts	-
Nikon	D600 serie, D700, D800,D3, D4 serie SLR	Alle overige SLR's, COOLPIX A	-	-	-	Nikon 1 serie	P7xx en P3xx serie compacts	Meeste compacts
Sony	A99, A7 serie, RX1 serie	NEX systeem camera's. Alle SLT camera's	-	-	-	RX100 serie RX10	-	Meeste compacts
Samsung	-	NX systeemcamera's	-	-	-	-	EX-2F	Meeste compacts
Panasonic	-	-	-	Alle systeemcamera's	-	-	LX-7	Meeste compacts
Olympus	-	-	-	Alle systeemcamera's	-	-	STYLUS1	Meeste compacts
Fujifilm	-	X-Serie systeemcamera's	-	-	-	-	-	X-serie compacts
Smartphones	-	-	-	-	-	-	-	-