焦距是一定的吗（焦距到底是什么）

焦距是什么意思？一个基本问题你真的知道焦距是什么吗？

如果你通过各种百科查焦距的定义，基本都会给出“镜头光心到成像元件的距离”的定义。但光心的定义过于简单，仅从单个薄透镜或单个反射镜来解释。这个概念对于多个厚镜片的成品镜片来说有点太幼稚了。其实单从焦距就可以简单推导出镜头设计的一些相对基本原则。

百科里能找到的，这里就不赘述了。让我们从一个单一的厚镜头开始，如果单从“光心”的文字意义来看，你可能会觉得它应该位于镜片中心，但事实上并没有这么单纯,如下图所示

这是一个厚凸透镜。对于任何一个光源，比如随机选取的光源A，都会有三条特殊的光路，分别是进入镜头前与光轴平行(蓝线)，出镜头后与光轴平行(灰线)，进出镜头后与光路平行(红线)。

蓝线进入厚凸透镜时会折射一次，出来后又折射一次，然后到达与光轴相交的F2点，这是它的焦点之一。此时，入口和出口光路将在一点延伸，它们将在一点相交。实际上，每一个平行于光轴的入射光都会折射到F2点，它们的入射和出射延长线相交于一点。连接所有这些点将形成一个几乎垂直于光轴的平面。

同理，灰线从P点倾斜进入镜头，在进入镜头之前，会在F1点与光轴相交。其实这一点才是这个厚镜头的另一个重点。经过两次折射，灰线出现与光轴平行，与蓝线相交于b点，其入口和出口延长线也将相交于一点。所有出射后平行于光轴的光路都会画出延长线，与入射光延长线的交点也会形成一个几乎垂直于光轴的平面，这个平面就是透镜的前主平面。

而红线经过厚透镜的两次折射，入射和出射光线是平行的，但入射和出射光路的延长线分别与N1点和N2点相交。这两点就是所谓的节点，是定义焦距非常重要的参考系。而且当镜头前后介质相，比如我们每天在空中拍摄，两个节点位于前后主平面与光轴的交点上。F1为一组，F2和N2为一组，分别代表从左到右和从右到左的平行入射光。

而且从定义上来说，F1N1、F2N2即为焦距(请忽略小胖的随意但不是特别准确的草图，理解其含义就好)，N1到A点是物距，N2到B点是像距，对焦到无限远时，焦距等于像距。有了主平面的概念，复合透镜中的每个透镜都可以看作薄透镜，由多个厚透镜组成的透镜也可以用这种 简化，方便计算。比如我们知道透镜中每个透镜的位置和折射率，只需要两步就可以找到透镜焦点和节点，让与轴线平行的入射光穿过每一片透镜，出镜后与轴线在某处相交，这就是前面提到的焦点,F2。然后，入射光和出射光分别画延长线，它们会在某处相交，从这个点向轴线作垂直线交于点N2，这就是与F2对应的节点，F2与N2间的距离就是焦距.

那么，我们知道焦距在摄影中也有代表透视的意义，如何转换它们呢？其实这是一个比较简单的三角函数关系。如果已知实际焦距F和帧的对角线长度L，则为了计算视角Q，有一个公式

，例如，对角线长度为43.27毫米的全画幅CMOS上的50毫米镜头的视角可以通过代入上述公式得到46.8度。并且如果视角q和帧的对角线长度l已知，则焦距f变为

全画幅CMOS上30度镜头的焦距可以转换成80.74度，等等。

焦距的概念明确后，我们可以进一步理解镜头结构搭配的意义。最基本的望远镜头设计是凸凹组合,只要我们自己画一幅画就不难发现。与单个凸透镜相比，凸凹组合使F2点更靠后，N2点更靠前，甚至有两个节点在透镜前面，从而增加焦距。倍增透镜的原理也是如此。与简单粗暴的火箭推进超级tel相比

以很大程度的降低镜头长度。而反过来，倒装望远设计就是凹凸组合，它的意义就是缩短焦距，也是简单画画草图即可发现，而倒装望远结构的特色是N2和F2点非常靠后，焦距有时候甚至比镜后距还要更短

这就是一个典型的倒装望远设计图，最右的H’F’即为该镜头的焦距，15.3mm。虽然未必每一个单反广角镜头是如此，但大多数的HF在镜筒内部、H’F’在一片透镜后方。遗憾的是现代镜头基本上已经不会提供类似这样的设计图，顶多只能在专利文案里找到，但很多时候量产产品跟专利里的结构并不一致，所以难以找到准确的官方图。下面则是望远设计的设计图

200mm焦距镜头，可以看到节点H’，即我们示意图中的N2，也是后主平面（在入镜出镜两端截介质相同的前提下）几乎已经冲出了镜头结构内部，该镜头的实际焦距其实是196.1mm，望远结构呼之欲出。

为什么说是“稍稍”了解，因为以焦距为基本框架，镜头的构建方式可谓千变万化，单论当代50mm镜头就可以从很简单的5组6片，到相对复杂的10组12片，所以大家只需要知道焦距在镜头里究竟是如何定义的即可。事实上关于节点、主平面的理论也可以衍生出一些比较有意思的话题，比如如果你用黑卡把镜头挡一半，一定会拍出一半被遮挡的画面么？

对于单透镜而言，上述答案是一定的，但对于复合镜片的镜头来说，就需要结合前焦点位置来进行判断了。物距ult焦距f时，代入透镜公式1/v=1/f-1/u可得像距v小于0，像出现在透镜左侧，即为虚像，无法在传感器上形成实像。所以对于遮挡镜头的黑卡而言，它所形成的阴影需要成像的前提就是物距gt焦距，体现在镜头结构上的含义就是黑卡的位置必须在F1点左边（参考本文之一张图），也就是上面几张镜头结构实例里F点的左边。

而根据前面的分析不难发现，根据焦距不同，前焦点所处位置也不同，对于大多广角镜头来说，它基本位于镜头内部，黑卡一定会在它光路的前端，所以会拍出被遮挡的阴影。

但对于大多望远结构长焦镜头来说，前焦点都会随着焦距增加而往前移动，所以越往长焦端，黑卡的阴影越小，当前焦点超过黑卡所处位置时，阴影消失，但对通光量的影响是存在的。可以参看佳能70-200mm F2.8在遮挡镜头上半部分后，分别于70mm和200mm时拍摄的样张

可以很明显看到之一张以70mm拍摄时照片上部有遮挡痕迹，而到200mm后遮挡痕迹基本只剩下一点点暗角，但整张照片的亮度变低了，你表示怀疑？小胖就用实拍来证明吧

之一张是正常状态，可以看到右侧实时取景亮度正常，第二张就是70mm端盖住前端一半后的取景，第三张则是变焦至200mmd端，变化够明显吧，而且这跟变焦后的视野变化并没有绝对的关系，更主要还是节点、焦点的变化引起的，对于中焦段镜头来说，遮住一半会有多大影响就要看具体设计了，但多多少少都会受到影响，越是长焦，影响相对就越小。

了解到焦距深层定义后就能从这些角度来回答一些比较脑洞的问题，希望能帮助大家更多了解到镜头设计的原则。

焦距怎么理解 焦距是不是就是像距