[科普中国]-前焦距

简介

光学系统的焦距是系统汇聚光或发散光强度的度量。 对于在空气中的光学系统，它是在最初准直（平行）光线被带到焦点之前的距离。 具有短焦距的系统具有比具有长焦距的光焦度更大的光功率，也就是说，它使光线更快地弯曲，使它们在更短的距离内聚焦。1

在大多数摄影以及所有的望远镜中，被摄影的物体是比较远的，较长的焦距（较低的光焦度）导致更高的放大倍数和更窄的视角；相反，较短的焦距或更高的光焦度会有较低的放大倍数，在诸如显微镜中的应用中，其中通过使近距离接近透镜来实现放大倍数，较短的焦距（较高的光学功率）导致投影中心的更高的放大倍率。

对厚透镜（厚度不能忽略的透镜），或是有好几片透镜或面镜的系统（像是照相机镜头或望远镜），焦距通常会以有效焦距（EFL，effective focal length）来表示，以与一般常用的参数有所区别：

前焦距（FFD）或前焦长（FFL）是系统前方的焦点至第一个光学表面 顶点（焦点）的距离。

后焦距（BFD）或后焦长（BFL）是系统最后一个光学表面顶点至后方焦点的距离。

薄透镜近似对于空气中的薄透镜，焦距是从透镜中心到透镜的主要焦点（或焦点）的距离。 对于会聚透镜（例如凸透镜），焦距为正，并且是准直光束将聚焦到单个光点的距离。 对于发散透镜（例如凹透镜），焦距为负，并且是到达通过透镜后准直光束看起来发散的点的距离。

当使用透镜来形成某些物体的图像时，从物体到透镜u的距离，从透镜到图像v的距离以及焦距f由下式定义：

可以通过使用它在屏幕上形成远距离光源的图像来容易地测量薄透镜的焦距。 移动镜头直到屏幕上形成清晰的图像。 在这种情况下 可忽略不计，然后给出焦距：

公式在空气中的一个光学系统，有效焦距是由前面和后面的主平面至对应的焦点的距离。如果周围的环境不是空气，则距离要乘上该物质的折射系数。有些作者称这个距离为前（后）焦距，以与上面定义的前（后）焦点距离有所区别。

通常，焦距或有效焦距是描述光学系统聚集光线能力的值，并且常被用来计算放大倍数。其他的参数则被用来计算一个特定对象的影像将会在什么位置上形成。

对在空气中厚度为d，曲率半径为R1和R2的透镜，有效焦距为：

此处n是透镜材料的折射率，数值 就是这个透镜的光学倍率。

对应前焦距是：

对应后焦距是：

以最常见的标示习惯，如果第一个表面的透镜是凸透镜，R1的数值是正值，如果是凹透镜则是负值；如果第二个表面是凹透镜，R2的数值是正值，如果是凸透镜则是负值。要注意的是，即使如此，不同的作者仍可能会有不同的标示习惯。

对于空气中的球形曲面镜，焦距的大小等于镜的曲率半径除以2。 凹面镜的焦距为正，而凸面镜的焦距为负。 在光学设计中使用的符号约定中，凹面镜具有负的曲率半径，因此

其中R是反射镜表面的曲率半径。2

前焦距的调节方法有时候可能会遇到长焦推上去很清晰，但一推回广角就模糊了的问题。其实这很可能是前焦距没有调节好，导致长焦和广角的焦点不能很好吻合的原因。

为了更准确的描述其调节方法，将简述为如下几个步骤：

1：将光圈选择开关设定于M

2：光圈环调到f/1.8（光圈调到最大，景深就最小，这样聚焦才更精确）

3：将前焦距调节用图置于约3米处（用有条纹的A4大小的纸也可以，但一定要方便聚焦），然后调节室内的照明亮度，获得光圈在f/1.8时的合适的录像输出水平（即在光圈固定在f/1.8时能在寻像器上清晰的得到图像的亮度）

4：放松Ff调节掣子的螺丝

5：将ZOOM（变焦）选择开关置于M

6：手动变焦控制杆移到长焦镜头处，调节聚焦环，使测试的图谱清晰成像

7：再手动变焦控制杆移到广角镜头处，调节Ff调节掣子，使测试图谱清晰成像，切勿移动聚焦环

8：反复6、7步，直至长焦镜头和广角镜头均完成聚焦，能够清晰成像

9：拧紧Ff调节掣子。

在摄影方面相机镜头焦距通常以毫米（mm）指定，但是一些较旧的镜头则以厘米（cm）或英寸为单位。

镜头的焦距（f）和视场（FOV）成反比。 对于标准直线镜头，其中x是对角线。

当摄影镜头设置为“无限远”时，其后节点与焦距平面处的传感器或胶片由镜头的焦距分离。 远离相机的对象然后在传感器或胶片上产生清晰的图像，也在图像平面上。

为了使焦点较近的物体呈现，必须调整镜头以增加后节点与胶片之间的距离，将胶片放置在图像平面上。 焦距（f），从前节点到物体到照片（s1）的距离以及从后方节点到图像平面（s2）的距离然后通过以下方式相关：

当s1减小时，s2必须增加。 例如，考虑一个35mm相机焦距为f = 50mm的普通镜头。 要聚焦远处的物体（），镜头的后节点必须距离像平面距离s2 = 50 mm。 要将物体聚焦1米远（s1= 1,000毫米），镜头必须距离图像平面更远离2.6毫米，至s2 = 52.6毫米。

镜头的焦距决定了拍摄远距离物体的放大倍数。 它等于图像平面和针孔之间的距离，该距离可以使与所讨论的镜头相同尺寸的远距离物体成像。 对于直线透镜（即没有图像失真），远距离物体的成像被良好地建模为针孔照相机模型。该模型导致摄影师用于计算摄像机的视角的简单几何模型; 在这种情况下，视角仅取决于焦距与胶片尺寸的比率。 一般来说，视角也取决于失真。

具有大约等于胶片或传感器格式的对角尺寸的焦距的透镜被称为普通透镜，其视角与在打印对角线的典型观察距离处观察到的足够大的打印相对照的角度相似，因此在观看打印时产生正常的透视图；该视角是对角线约53度。 对于全幅35毫米格式的相机，对角线为43毫米，典型的“普通”镜头的焦距为50毫米。 焦距短于正常的镜头通常被称为广角镜头（对于35mm格式的相机通常为35mm以下），而比正常长的透镜可以被称为长焦镜头（ 通常为85 mm以上，适用于35 mm格式的相机）。 技术上，如果焦距长于镜头的物理长度，则长焦距镜头只能是“长焦”，但该术语通常用于描述任何长焦距镜头。

由于35mm标准的普及，照相机镜头组合通常以其35mm等效焦距来描述，即将具有相同视角或视场的镜头的焦距 ，如果在全画幅35毫米相机上使用。 使用35毫米等效焦距的数码相机尤其常见，数码相机经常使用小于35毫米胶片的传感器，因此需要相应较短的焦距以达到给定的视角，这一因素称为作物因子。3