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焦点与焦距 (focal point, focal length)

焦点(focal point、focus):

对于一个理想透镜而言:远处的物体可以近似地看成时位于无限远处。该无限远处的物体上任何一点发出的到达理想透镜的光线,可以看成是平行光。

所谓“光轴”就是一条垂直穿过理想透镜中心的光线。

与光轴平行的光线射入凸透镜时,理想的凸镜应该是所有的光线会聚在透镜后面一点上,这个会聚所有光线的一点,就叫做焦点。例如使用放大镜将太阳光聚光后,形成最小点的就是焦点。

焦点一定在光轴上。


焦点

在光学术语上,以透镜为界:被摄物体所在的空间称为“物方空间”;被摄物体所发出的光穿越透镜在透镜后面形成的像所在的空间称为“像方空间”;在像方空间所形成的焦点称为“像方焦点”或“后焦点”;反之,从像方开始,投射出与光轴平行的光线,并在透镜物体空间所形成的焦点,称为“物方焦点”或“前焦点”。


凸透镜 焦点
凹透镜 焦点
注意:对于凹透镜而言,物方焦点与像方焦点的位置与凸透镜相反

主点(Principal point):

一个透镜的轴向厚度与其直径、物距、像距以及焦距相比显得很小,就可以认为该透镜是薄透镜

一片薄的双凸透镜的焦点距离,一般指镜片的中心到焦点为止的光轴上的距离,这个镜片的中心叫做“主点”。

实际的镜头都是由数片凸透镜和凹透镜组合而成,无法直接分辨出主点的位置。


当焦点处于无限远时,镜头主点到结像平面的距离 = 焦距
当焦点处于无限远时,镜头主点到结像平面的距离 = 焦距

对于某种画幅而言,标准镜头的焦距值约等于画幅对角线长度,其主点的位置在镜头的光学组内
对于某种画幅而言,标准镜头的焦距值约等于画幅对角线长度,其主点的位置在镜头的光学组内

前主点/后主点(front principal point/rear principal point)

如下图所示,假设从 a 射入的光线,折射之后通过 n 和 n' 致到达了 b 。对于光轴而言,a-n与 n'-b 之间产生相似的角度,因此,在光轴上可以得出 h、h' 两个交点。

这两个交点 h 和 h' 就叫做主点,其中 h 为前主点第一主点),h' 为后主点第二主点)。

前主点与后主点之间的距离称为主点间隔


主点

焦点距离(focal length)

摄影镜头从后主点(h')到后焦点的距离就是焦点距离


焦点距离

虽然镜头的种类不同,会有主点的前后关系位置相反,或者 h' 落到组合的镜头之外的现象发生。无论何种情况,从后主点 h' 到后焦点之间的距离,就是焦点距离。

望远型镜头和逆望远型(retrofocus lens)镜头的后主点 h' 的位置,如下图所示。


望远型镜头的焦点距离
长焦镜头主点位置比标准镜头的更靠前,其主点位于镜头前组光学组外
长焦镜头主点位置比标准镜头的更靠前,其主点位于镜头前组光学组外

逆望远型镜头的焦点距离
广角镜头主点位置比标准镜头的更靠后,其主点位于镜头后组光学组外
广角镜头主点位置比标准镜头的更靠后,其主点位于镜头后组光学组外

后焦距离(back focus)

当焦点在无限远时,镜头最后一片镜片面的顶点到胶片平面在光轴上之间距离,称为后焦距离

单反机由于其工作原理,在动作过程中,反光镜必须往上翻起。所以,后焦距离比较短的广角镜头,反光镜会碰到最后一组镜片。所以,单反机用的广角镜头,必须采用后焦距离比较长的逆望远型镜头。