¿El tamaño del sensor dicta el tamaño de la lente con todas las demás cosas iguales?

Todo lo demás en igualdad de condiciones, sí.

Hay dos razones principales por las que esto es así.

• Para mantener la misma cantidad de intensidad de campo de luz en un área más grande, una lente utilizada con un sensor más grande tiene que poder captar más luz total que una lente utilizada con un sensor más pequeño. Esto significa una pupila de entrada más grande , lo que generalmente requiere un elemento frontal más grande.

• Cuanto más grande es el sensor, más larga debe ser la distancia focal de una lente para brindar el mismo campo de visión (FoV) , y más grande es el círculo de imagen que debe proyectar. En una cámara compacta con un sensor pequeño de 1/1,6", un objetivo de 50 mm ofrece el mismo campo de visión que un teleobjetivo de 215 mm en una cámara de película de 35 mm. En una cámara APS-C, un objetivo de 50 mm da como resultado un campo de visión que está en el comienzo del rango de teleobjetivo para una cámara de 35 mm, 75-80 mm En una cámara de 35 mm, una lente de 50 mm se considera normal, porque la distancia focal está muy cerca de la distancia de registro de la cámara y porque esa distancia focal es aproximadamente igual a la medida de la diagonal del plano que registra la imagen. Una cámara de formato medio proporcionará un FoV usando una lente de 50 mm que es aproximadamente igual a una lente de 32 mm emparejada con una cámara de 35 mm. En una cámara de gran formato 4X5, una lente de 50 mm proporciona un campo de visión casi igual al de una lente de 13 mm en una cámara de 35 mm.
  a) Especialmente con distancias focales más largas, la física involucrada es difícil de superar. Aunque la definición técnica estricta de un teleobjetivo es que está diseñado para que la distancia desde el plano de la imagen hasta el frente del objetivo sea más corta que la distancia focal del objetivo, no se puede hacer mucho para reducir el tamaño. de una lente con una distancia focal larga. Esto es especialmente cierto si se considera el costo de producir una lente de este tipo.
  b) Así como una lente de 50 mm utilizada en una cámara de 4x5 debe proyectar un círculo de luz considerablemente más grande que el círculo de luz proyectado por una lente de 50 mm diseñada para una cámara de 35 mm, las lentes diseñadas para sensores más pequeños pueden proyectar círculos de luz más pequeños. Esto permite que las lentes sean de menor diámetro. También permite que se fabriquen con menos cantidad de uno de los materiales más costosos que se usan en una lente: el elemento corrector en la parte posterior del grupo frontal.

Por lo tanto, una lente de 50 mm diseñada para una cámara compacta pequeña puede ser más corta y de menor diámetro que una lente de 215 mm que ofrece el mismo campo de visión en una cámara de 35 mm. Incluso en términos de sensores de tamaño Micro Four-Thirds, solo se necesita una lente de 100 mm que arroje un círculo de luz ligeramente mayor que 22 mm para proporcionar el mismo campo de visión que una lente de 200 mm que arroje un círculo de luz de al menos 44 mm de diámetro en una cámara de fotograma completo. Una cámara APS-C necesitaría una lente de 125-133 mm con un círculo de luz de 27-29 mm, dependiendo de si es una Canon APS-C o Nikon/Pentax/Samsung/Sony.

El tamaño de una lente se rige por la complejidad del diseño y la cantidad de luz que debe pasar a través de ella. Para una distancia focal dada con un sensor recortado, la cantidad de información que debe ingresarse en la lente para producir el círculo de la imagen puede ser mucho menor porque no es necesario llenar todo el círculo de la imagen de cuadro completo. Si solo usa el 60 % del espacio del sensor, solo necesita el 60 % del círculo de la imagen y aproximadamente el 46 % del cristal de la lente.

Es por eso que un apuntar y disparar puede tener una lente que es el equivalente de una lente de 19 mm a 450 mm con una apertura bastante rápida y solo ocupa una pulgada o dos, mientras que la versión DSLR de fotograma completo ocuparía más de un pie y sería más grande. alrededor de lo que es el cuerpo de la cámara de apuntar y disparar. Solo necesita poder resolver una porción muy delgada del medio del círculo de la imagen que la lente de fotograma completo debería poder resolver. Esto significa lentes más simples, más livianos, más pequeños y más baratos, pero también significa una calidad muy reducida ya que la difracción juega un papel más importante y los problemas tradicionales del tamaño del sensor se hacen sentir.

Hay tecnologías como la óptica difractiva que podrían reducir un poco los tamaños, pero eso añade complejidad y coste a cambio del tamaño. No es posible decir que nunca fabricarán lentes más pequeños, pero hay una buena razón por la cual los lentes son más grandes y por qué el tamaño del sensor más grande y los lentes un poco más grandes valen el tamaño y el costo si está buscando el la mejor calidad que puedas conseguir.

¿El tamaño del sensor dicta el tamaño de la lente con todas las demás cosas iguales?

El problema con su pregunta es que, al comparar DSLR de fotograma completo con micro cuatro tercios, todo lo demás no es igual .

En este caso, la diferencia no es solo el tamaño del sensor, sino la falta de espejo abatible, lo que realmente tiene un efecto significativo en el diseño de la lente y en el tamaño que pueden tener.

En particular, la falta de un espejo abatible significa que la lente se puede montar mucho más cerca del sensor, y esto por sí solo significa que algunas lentes, en particular los zooms o las lentes gran angular, se pueden hacer mucho más pequeñas y simples.

Así que hay algunos aspectos diferentes a su pregunta.

• Como era de esperar, si todo lo demás fuera igual, un sensor más pequeño significaría que una lente de las mismas características (distancia focal y apertura) sería más pequeña, en escala con el sensor.

  Esto debería ser obvio cuando piensas en cámaras compactas y cámaras de teléfonos celulares: aún manejan el mismo ángulo de visión y números f como f/2.2 más o menos, pero sus conjuntos de lentes son mucho más pequeños.

  Todo se reduce muy bien. Digamos que tiene una lente de 50 mm con apertura af/2.0 en una DSLR de fotograma completo. Si reduce a la mitad las dimensiones del sensor, obtiene exactamente el mismo número f y ángulo de visión con una lente de distancia focal de 25 mm con la mitad del diámetro de la lente. El número f ya es relativo a la distancia focal, por lo que un f/2.0 a 50 mm ya es el doble del diámetro de un af/2.0 a 25 mm. Así que todo se vuelve igualmente más pequeño como era de esperar.

  Debido a la física, el peso de la lente en realidad escala exponencialmente con el diámetro. Para empezar, el área de una lente se escalará con el cuadrado de su diámetro, pero además, el grosor de la lente también puede disminuir, por lo que en realidad se acerca a una relación cúbica. Entonces, una disminución en el tamaño del sensor resultará en una disminución aún mayor en el peso de la cámara.

• Pero en el caso de comparar DSLR y sin espejo, obtiene el beneficio adicional de no necesitar un conjunto de espejo abatible entre la lente y el sensor, lo que significa que las lentes se pueden montar más cerca del sensor. Esto permite que las lentes de gran angular y zoom se hagan más pequeñas y simples para especificaciones equivalentes.

  Para ser más técnicos, las lentes que son de gran angular o las lentes de zoom que tienen un extremo de gran angular deben adoptar un diseño de retroenfoque si la distancia entre la lente y el sensor es demasiado grande, lo que agrega elementos de lente adicionales que agregan volumen y peso. Las cámaras sin espejo pueden evitar esto porque permiten que la lente esté más cerca del sensor.

Pensé que podría ser interesante enumerar algunas de las formas en que las cosas no pueden ser iguales (es decir, qué, en general, haría que una lente fuera más grande, incluso si fuera para una cámara con el mismo tamaño de sensor).

Considere una lente bastante simple, una para una cámara de visión antigua. La lente en sí puede ser físicamente pequeña, incluso si tiene una distancia focal entre 150 mm y 210 mm. No tiene apertura automática, montura elegante, mecanismo de enfoque, etc.

Ahora agregue un mecanismo de enfoque helicoidal simple, mecanismo de apertura automática (se detiene hasta la apertura de disparo antes de tomar una foto), montura de gran diámetro (con medios mecánicos para comunicar los ajustes de apertura), mecanismo de enfoque poco simple (la necesidad de mover diferentes elementos de la lente a diferentes velocidades mientras enfoca), contactos electrónicos para comunicarse entre la cámara y la lente (a veces además de las conexiones mecánicas existentes), motores de enfoque automático y electrónica. Otros factores pueden incluir cosas como el deseo por parte del fabricante de la lente de permitir un tamaño de filtro común en varias lentes (lo que afectaría el tamaño del cilindro).

Todo lo anterior explica por qué una lente Leica 50 mm 1.4 puede ser un poco más pequeña y liviana que una lente Nikon 50 mm 1.4, incluso si ambas están diseñadas para sensores del mismo tamaño.