Por que o sensor principal não é usado no lugar do sensor AF separado para focar uma DSLR?

A partir desta resposta , entendo que o espelho reflex de uma DSLR na verdade não está refletindo toda a luz, mas passa uma certa quantia para o sensor AF.

Portanto, se o espelho reflexo pode passar a luz, por que não usar o sensor principal (que está diretamente atrás do espelho) para focar?

Nota :
Em um comentário abaixo da resposta vinculada, observe que o sensor AF exige que uma lente focalize feixes de luz no local apropriado do sensor , pois é menor que o sensor principal (itálico é minha própria suposição). Se o sensor principal fosse usado, essa lente adicional ainda seria necessária?

O foco automático com detecção de fase funciona medindo o deslocamento horizontal entre os padrões de brilho projetados no sensor AF. Para medir o deslocamento, pares de matrizes unidimensionais de pixels monocromáticos são usados. É assim que o sensor AF da Canon 5D mkIII se parece:

Você pode ver várias linhas de pixels diferentes usadas por diferentes pontos AF selecionáveis ​​pelo usuário. Em princípio, você pode usar linhas de pixels no sensor de imagem principal para fazer exatamente o mesmo trabalho.

Essa abordagem tem algumas vantagens:

• Você não terá problemas se o sensor de imagem principal e o sensor AF estiverem desalinhados, pois são o mesmo.

• Você evita a complexidade dos espelhos secundários e o custo do próprio chip AF.

Existem desvantagens em usar o sensor principal.

Em um comentário abaixo da resposta vinculada, observe que o sensor AF exige que uma lente focalize feixes de luz no local apropriado do sensor, pois é menor que o sensor principal (itálico é minha própria suposição)

Sua suposição não está certa. Não tem a ver com um sensor AF menor, as "lentes" AF são na verdade uma lente com um perfil ondulado em forma de 'B'. Esta lente focaliza a luz que sai de ambos os lados da lente em diferentes partes do sensor AF.

Você ainda precisaria de algum tipo de lente para fazer esse trabalho ao usar o sensor de imagem principal, e ele teria que se desviar ao tirar uma foto junto com o espelho reflexo, exigindo um arranjo mecânico complicado na câmera. Essa é a principal desvantagem dessa abordagem, embora haja outros obstáculos:

• Os pixels do sensor de imagem estão atrás das matrizes de filtros de cores, o que reduz a quantidade de luz que chega a eles em até dois terços. Isso pode potencialmente reduzir o desempenho com pouca luz, no entanto, permitiria executar a correspondência de medição de fase em cores para obter menos resultados falsos (é menos provável que você confunda um detalhe no primeiro plano com um detalhe no fundo, por exemplo. Também pode ser usada cor para ajudar no rastreamento).

• O tamanho, o espaçamento e a sensibilidade dos pixels serão diferentes entre os dois sensores, portanto, fazer os dois com um sensor significa que é necessário fazer compromissos.

• O sensor principal teria que estar ligado por períodos muito mais longos, causando mais energia para drenar as baterias. Como Stan salienta, o obturador também deverá ser aberto durante o AF, portanto, fechá-lo antes de fazer a exposição introduziria um atraso.

• Finalmente, o AF com detecção de fase antecede os sensores de imagem digital, para que toda a tecnologia e ferramentas para executar o AF usando um sensor separado já exista e seja bem desenvolvida.

No entanto fabricantes desenvolveram um método ligeiramente diferente para a fase detectar AF que faz usar o sensor principal. Foi desenvolvido para câmeras sem espelho que não têm a opção de um sensor AF dedicado e que tradicionalmente dependem do método de detecção de contraste mais lento usando o sensor principal.

Em vez de um par de lentes AF no caminho da luz para direcionar a luz de ambos os lados da lente para diferentes partes do sensor AF, pares de microlentes regulares com metades alternativas apagadas podem ser usadas para obter um efeito semelhante (pixels à esquerda parcialmente apagado receberá principalmente luz do lado direito da lente e vice-versa).

Isso permite uma abordagem de AF híbrida usando uma combinação de fase (para se aproximar do foco correto) e detecção de contraste (para ajustar o resultado).

Rapidez

A velocidade é provavelmente a principal razão pela qual o sensor de imagem não é usado para focar na maioria das DSLRs. O AF foi desenvolvido próximo ao final da era do filme, portanto, o uso do "sensor" (o filme) para foco não era uma opção. A maioria dos sistemas AF de detecção de fase era de "circuito aberto", construída para velocidade mais que precisão. Somente recentemente os principais fabricantes de câmeras começaram a projetar sistemas de lentes / corpo que utilizam comunicação em "circuito fechado" entre o corpo e a lente durante a detecção de fase AF. Isso permitiu que os sistemas de detecção de fase se aproximassem e, em alguns casos, sejam iguais, da precisão do AF de detecção de contraste. Embora o AF de detecção de contraste usando o sensor principal esteja melhorando em velocidade, por ser um processo de vários estágios que requer vários ciclos de "mover e medir", ele ainda é mais lento, mas geralmente também é mais preciso.

Embora possa haver raras exceções, todas as DSLRs que eu conheço ainda usam persianas mecânicas. Isso significa que o sensor de imagem principal é coberto durante o foco e a medição. Existem alguns modelos sem espelho que possuem apenas um segundo obturador de cortina, mas tecnicamente falando eles não são DSLRs.

Para usar o sensor principal para a detecção de fase, o AF exigiria que o obturador estivesse aberto para focar. A primeira cortina fechava antes de abrir novamente para expor a imagem, após a qual a segunda cortina fechava. Mesmo ao fotografar mais de 8 quadros por segundo, as DSLRs mais avançadas focam entre cada foto (se instruído pelas configurações que o usuário selecionou). Atualmente, as DSLRs redefinem as duas cortinas ao mesmo tempo, enquanto o espelho alterna e o foco AF. Para usar o sensor de imagem para focar, a primeira cortina teria que permanecer aberta até que o espelho caísse novamente e a câmera atingisse a trava de foco; o restante da câmera teria que esperar o fechamento da primeira cortina e a energia absorvida pelo sensor durante a focagem limpa antes que a primeira cortina possa reabrir para começar a expor a imagem. Isso retardaria o processo geral quando todo o ponto de detecção de fase AF é a velocidade. A detecção de contraste AF usada durante o Live View, que usa o sensor de imagem principal para focar, por outro lado, geralmente é mais preciso, porém mais lento.

O sensor principal em uma DSLR tem uma função e apenas uma função, e isso é para gravar uma imagem e fazer muito, muito bem.
Comprometer isso com a construção de componentes eletrônicos adicionais degradaria a qualidade e o desempenho. Por que isso ocorre quando há sensores dedicados perfeitamente disponíveis?
Além disso, as DSLRs evoluíram das SLRs dos filmes, onde é claro que não havia dispositivos eletrônicos embutidos no filme que pudessem ser pervertidos para esse fim.

Dispositivos especializados funcionam melhor e com mais eficiência no que fazem.

Os sensores de foco automático usados ​​nas DSLRs são altamente ajustados para realizar o foco automático rapidamente e até níveis de luz muito baixos.

Se você usasse o sensor principal para fazer o foco automático, teria duas opções:

• Implemente o foco automático com detecção de contraste, que é um enorme consumo de energia, mas é realmente mais preciso que a detecção de fase. No entanto, a detecção de contraste requer o movimento para frente e para trás dos elementos de foco em etapas muito finas, o que não é ideal para as lentes DSLR modernas.
• Implemente o sensor de detecção de fase, que é possível, mas muito menos preciso do que usar um sensor dedicado, pois a parte de imagem do sensor restringe o que você pode fazer.

A realidade é que o espelho apenas deixa passar a luz em algumas áreas e que a maior parte é totalmente reflexiva, o que oferece uma visão brilhante.

A Sony possui câmeras SLT que possuem um espelho verdadeiramente semi-reflexivo (30% / 70%), que é a solução para fornecer ao mesmo tempo o foco automático de visualização ao vivo e detecção de fase. Isso permite que eles usem um sensor de detecção de fase dedicado para aumentar a velocidade do foco automático e evitar movimentos de lente para a frente e para trás, o que é terrível para o vídeo. O sensor perde alguma luz para alcançá-lo e, portanto, precisa ser mais sensível para produzir o mesmo ISO efetivo, o que é uma desvantagem no que diz respeito à qualidade da imagem. A luz refletida para cima é muito fraca para criar um bom visor óptico, então eles tiveram que caber em um EVF.

Simplificando, o mesmo motivo pelo qual você não dirige um caminhão para trabalhar pela manhã (a menos que você seja um caminhoneiro). O sensor AF pode fazer seu trabalho melhor quando não precisa competir com o sensor de imagem pela área de superfície. Os sensores são de natureza diferente e, embora existam alguns projetos que incorporam sensores de AF ao sensor de imagem, isso significa que as áreas do sensor de imagem não capturam a luz visível que atinge essas áreas da melhor maneira possível.

Existem sensores híbridos que podem fazer o AF e o sensor de luz para a imagem, mas eles tendem a não funcionar tão bem quanto a um sensor dedicado. Pode não ser muito, mas é suficiente que, se você estiver tentando obter o melhor AF e o melhor desempenho de imagem possível, sensores separados ainda façam um trabalho melhor.

Um possível motivo que não tem nada a ver com o foco automático é que o sensor de imagem deve ser liberado de toda a carga antes que uma imagem seja tirada. O uso do sensor de imagem principal para AF / composição, como é feito com todas as câmeras de visualização ao vivo (a maioria sem espelho), exige que o sensor seja desligado e liberado antes que a imagem seja capturada; caso contrário, você terá algum fantasma imagem ao vivo na imagem tirada.

Essa é uma das razões para o atraso do obturador em câmeras apenas com visualização ao vivo. Os dSLRs não dependem da exibição ao vivo.

E não, se você usar o sensor principal para AF, não precisará ter o caminho / lente separados para a matriz de AF separada. As câmeras sem espelho são muito mais simples que as dSLRs, porque não há montagem na caixa de espelho e não há necessidade de matrizes e caminhos de luz separados para sensores de AF e exposição.

Em sua postagem no blog "Demise of the dSLR" , Ming Thein estima, a partir de sua experiência pessoal de desmontagem, que as câmeras sem espelho têm 60 a 70% menos peças do que as dSLRs.