如果通過各種百科全書查找焦距的定義，基本上都會給出“鏡頭光心到成像器件的距離”的定義，但光心的定義太簡單了，純粹是從一個單個薄鏡頭或相機解釋一下，對于具有多個厚鏡頭的成品鏡頭來說，這個概念變得有點過于“天真”。 其實，僅從焦距就可以簡單推導出一些相對基本的鏡頭設計原則。
我不會詳細介紹您在百科全書中可以找到的內容。 讓我們從單個厚鏡頭開始。 如果你看“光中心”的字面意思，你可能會認為它應該位于畫面的中心，但實際上并沒有上面那么簡單，如右圖所示：
這是一個厚凸透鏡。 以任意光源為例，隨機選擇的光源A發出的光中都會有3條特殊的光路，在進入鏡頭前與光軸（黃線）平行，在進入鏡頭前與光軸（藍線）平行。線）離開鏡頭后。 色線），進出鏡頭后的光路是平行的（藍線）。
黑線進入厚凸透鏡時會折射一次，離開透鏡時會再次折射，然后到與光軸相交的F2點，這是它的焦點之一。 此時，入射光路和出射光路被分開為延長線，它們會相交于一點，實際上每一條平行于光軸的入射光線都會折射到點F2，它們的延長線進入和出射鏡子將相交于一點，連接所有這些點都會產生一個幾乎垂直于光軸的平面凹凸透鏡成像原理，該平面是透鏡的后主平面。
同理，白線從P點傾斜進入鏡子，在進入鏡子前會與光軸相交于F1點。 事實上，這一點是這個厚鏡頭的另一個焦點。 平行并與白線相交于B點，其出入口延長線也會相交于一點，出鏡頭后所有與光軸平行的光路都會畫出延長線，與延長線的交點入射光的平面也會產生一個幾乎垂直于光軸的平面，該平面是透鏡前主平面。
白線經厚鏡片折射兩次，進出鏡的光線是平行的，但進出光路的延長線會與光軸相交，交到N1和N2點，這兩點就是所謂的節點。 它是定義焦距的一個非常重要的參考系，但是當鏡頭前后處于同一介質時，比如我們每天在空中拍攝，兩個節點分別位于焦距的交點處。前后主平面和光軸。 F1和N1組成一組，F2和N2組成一組，分別代表從左到右和從右到左的平行入射光。
從定義上看，F1N1和F2N2是焦距（請忽略小胖隨手畫的，不是很精確的粗略圖，明白意思就好），N1到A點是物距，N2到B點是像距，當測光到無限遠時，焦距等于像距。 有了主平面的概念，復合鏡片中的每一幀都可以看成是一個薄鏡片，而由多個厚鏡片組成的鏡片也可以利用這些方法進行簡化，以便于估算。 例如，如果我們知道透鏡中每個透鏡的位置和折射率，那么我們只需兩步就可以找到透鏡的焦點和節點：首先，讓平行于軸的入射光穿過每個透鏡，然后離開鏡頭后，會與軸在某一點相交，這就是上面提到的焦點F2。 之后，入射光和出射光分別畫延長線，它們會在某處相交，并從該點向軸畫一條垂線交于點N2，即F2對應的節點，因此兩者之間的距離F2和N2是焦距。
這樣我們就知道焦距在攝影領域也有代表視角的意義凹凸透鏡成像原理，但是它們之間如何換算呢？ 這顯然是一個比較簡單的三角函數關系。 如果實際焦距F和畫幅對角線長度L已知，要估計視角q，有公式：
因此，以對角線長度為43.27mm的全長焦CMOS上的50mm鏡頭的視角代入上式即可得到46.8度。 如果已知長焦的視角q和對角線長度L，則焦距F的計算公式為：
全長焦CMOS上30度視角的鏡頭焦距可轉換為80.74度。
明確了焦距的概念之后，我們就可以進一步理解一下鏡架結構的意義了。 最基本的伸縮鏡頭設計是凹凸組合。 只要自己畫一下就不難發現。 與單凸透鏡相比，凹凸組合使F2點前移。 N2點更靠前，甚至兩個節點都在鏡頭前面，因此焦距減小，倍增器的原理是一樣的。 增加鏡片厚度。 另一方面，倒裝長焦設計是凸凹結合的。 它的意義就是縮短焦距，簡單畫個草圖就可以找到。 倒裝長焦結構的特點是N2點和F2點都落后很遠，焦距有時甚至比鏡后距還要短：
這是典型的倒長焦設計，最右邊的H'F'是鏡頭的焦距，15.3mm。 其實并不是每個相機廣角鏡頭都是這樣，只是HF大部分在物鏡內部，而H'F'在最后一個鏡頭后面。 遺憾的是，現代鏡頭基本不提供這樣的設計圖，最多只能在專利文獻中找到，但很多時候量產的產品與專利中的結構并不相符，所以根本找不到確切的官方圖紙。 以下是望源設計的設計圖：
對于焦距為200mm的鏡頭，可以看到節點H'，也就是我們示意圖中的N2，也是后主平面（前提是鏡頭入口和出口兩端的介質鏡頭也是一樣）已經沖出了鏡頭結構。 鏡頭的實際焦距雖然為196.1mm，但長焦結構呼之欲出。
為什么我說“一點點”就明白了，因為焦距是基本框架，鏡頭的構造形式可以說千變萬化，當代的50mm鏡頭可以從非常簡單的5組6片到相對復雜的10組12片，所以你只需要知道鏡頭中焦距是如何定義的。 事實上，關于節點和主平面的理論也能引出一些有趣的話題，比如：如果用黑卡擋住一半的鏡頭，你會拍出半擋的照片嗎？
對于單鏡頭來說，上面的答案是肯定的，但是對于復合鏡框的鏡頭來說，就需要結合前焦點位置來判斷了。 物距u焦距，體現在鏡頭結構上，意味著黑卡的位置一定在F1點的右側（參考本文第一張圖），也就是點F1的右側前面的透鏡結構示例中的F。
根據上面的分析，不難發現，根據焦距的不同，前焦點的位置也不同。 對于大多數廣角鏡頭來說，它基本上位于鏡頭內部，所以黑卡一定是在它的光路后端，所以才會被拍攝到。 被遮擋的陰影。
但對于大多數長焦結構的變焦鏡頭，前焦點會隨著焦距的減小而向前連接，因此黑卡的陰影隨著焦距的減小而變小。 當當前焦點超出黑卡位置時，陰影消失。 但對光量的影響是存在的。 可以參考尼康70-.8在遮擋鏡頭上部后在70mm和200mm處拍攝的樣張：
可以明顯看到，第一次拍攝70mm時，照片下部有遮擋痕跡，而200mm之后，遮擋痕跡基本只有一點點噪點，但整張照片的色溫已經變低了。 你懷疑嗎？ 小胖就用實拍來證明一下：
第一張圖是正常狀態，可以看到兩側實時取景溫度正常，第二張圖是70mm端覆蓋半個后端后的取景器，第三張圖是定焦到最后，變化足夠顯著，但這并不等同于對焦后視野的變化沒有絕對的關系，主要是節點和焦點的變化引起的。 因此，對于中畫幅鏡頭來說，遮擋一半的影響取決于具體的設計，但或多或??少都會受到影響。 就影響而言，變焦越大，影響相對越小。
只有深入理解了焦距的定義，我們才能從這個角度回答一些更加巧妙的問題，希望能幫助大家更多地理解鏡頭設計的原理。