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Le PENTAX 645Z est doté d'un capteur CMOS 51,4 MP (43.8 x 32.8 mm) d’une taille d’environ 1,7x plus grande qu'un plein format 35mm. Il offre une cadence rafale de 3 images par seconde avec une capacité de 10 images en Raw et jusqu'à 30 en grand format JPEG. L’écran LCD inclinable de 3.2 pouces de 1.037 K points est doté de la technologie Air gapless qui réduit la réflexion et la dispersion de la lumière qui est encore amélioré par un revêtement spécial antireflet. Le 645Z intègre le nouveau module de mise au point SAFOX 11 à 27 collimateurs (dont 25 croisés), couplé à la fonction Live-view, l’utilisateur peut mieux contrôler le contraste ou zoomer sur l’écran. La plage de sensibilité peut être portée jusqu’à 204800 ISO.