焦距光學(xué)概念

如果你在相機(jī)的英文規(guī)格書上看過(guò)"f ="，那么后面接的數(shù)碼通常就是它的焦長(zhǎng)，即焦距長(zhǎng)度。如:"f=8-24mm，38-115mm(35mm equivalent)"，就是指這臺(tái)相機(jī)的焦距長(zhǎng)度為8-24mm，同時(shí)對(duì)角線的視角換算后相當(dāng)于傳統(tǒng)35mm相機(jī)的38-115mm焦長(zhǎng)。一般而言，35mm相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦長(zhǎng)約是28-70mm，因此如果焦長(zhǎng)高于70mm就代表支持望遠(yuǎn)效果，若是低于28mm就表示有廣角拍攝能力。

"可對(duì)焦范圍"則是焦長(zhǎng)的延伸，通常分為一般拍攝距離與近拍距離，相機(jī)的一般拍攝距離通常都標(biāo)示為"從某公分到無(wú)限遠(yuǎn)"，而近階段設(shè)計(jì)的產(chǎn)品則往往還會(huì)提供近距離拍攝功能(macro)，以彌補(bǔ)一般拍攝模式下無(wú)法對(duì)焦的問(wèn)題。有些相機(jī)就非常強(qiáng)調(diào)具有支持1厘米近拍的神奇能力，適合用來(lái)拍攝精細(xì)的物體。

焦距，也稱為焦長(zhǎng)，是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡中心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)中，從鏡片光學(xué)中心到底片、CCD或CMOS等成像平面的距離。具有短焦距的光學(xué)系統(tǒng)比長(zhǎng)焦距的光學(xué)系統(tǒng)有更佳聚集光的能力。

相機(jī)的鏡頭是一組透鏡，當(dāng)平行于主光軸的光線穿過(guò)透鏡時(shí)，光會(huì)聚到一點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)叫做焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到透鏡中心(即光心)的距離，就稱為焦距。焦距固定的鏡頭，即定焦鏡頭;焦距可以調(diào)節(jié)變化的鏡頭，就是變焦鏡頭。(當(dāng)一束與凸透鏡的主軸平行的光穿過(guò)凸透鏡時(shí)，在凸透鏡的另一側(cè)會(huì)被凸透鏡匯聚成一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到凸透鏡光心的距離就叫這個(gè)凸透鏡的焦距。一個(gè)凸透鏡的兩側(cè)各有一個(gè)焦點(diǎn)。)

光心(Optical center):透鏡中的一個(gè)特殊點(diǎn)，凡是通過(guò)該點(diǎn)的光，其傳播方向不變(除一條垂直于透鏡的光線外，其余光線均有平移)。

我們用的照相機(jī)的鏡頭就相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，膠片(或是數(shù)碼相機(jī)的感光器件)就處在這個(gè)凸透鏡的焦點(diǎn)附近，或者說(shuō)，膠片與凸透鏡光心的距離約等于這個(gè)凸透鏡的焦距。

凸透鏡(convex lens)能成像，一般用凸透鏡做照相機(jī)的鏡頭時(shí)，它成的最清晰的像一般不會(huì)正好落在焦點(diǎn)上，或者說(shuō)，最清晰的像到光心的距離(像距)一般不等于焦距，而是略大于焦距。具體的距離與被照的物體與鏡頭的距離(物距)有關(guān)，物距越大，像距越小，(但實(shí)際上總是大于焦距)。

由于我們照相時(shí)，被照的物體與相機(jī)(鏡頭)的距離不總是相同的，比如給人照相，有時(shí)，想照全身的，離得就遠(yuǎn)，照半身的，離得就近。也就是說(shuō)，像距不總是固定的，這樣，要想照得到清晰的像，就必須隨著物距的不同而改變膠片到鏡頭光心的距離，這個(gè)改變的過(guò)程就是我們平常說(shuō)的"調(diào)焦"。

在空氣中的薄透鏡，焦距是由透鏡的中心至主焦點(diǎn)的距離。對(duì)一個(gè)匯聚透鏡(例如一個(gè)凸透鏡)，焦距是正值，而一束平行光將會(huì)聚集在一個(gè)點(diǎn)上。對(duì)一個(gè)發(fā)散透鏡(例如一個(gè)凹透鏡)，焦距是負(fù)值，而一束平行光在通過(guò)透鏡之后將會(huì)擴(kuò)散開。計(jì)算公式如右圖。

對(duì)厚透鏡(厚度不能忽略的透鏡)，或是有好幾片透鏡或面鏡的系統(tǒng)(像是照相，鏡頭或望遠(yuǎn)鏡)，焦距通常會(huì)以有效焦距(EFL，effective focal length)來(lái)表示，以與一般常用的參數(shù)有所區(qū)別:

前焦距(FFD)或前焦長(zhǎng)(FFL)是系統(tǒng)前方的焦點(diǎn)至第一個(gè)光學(xué)表面頂點(diǎn)的距離。

后焦距(BFD)或后焦長(zhǎng)(BFL)是系統(tǒng)最后一個(gè)光學(xué)表面頂點(diǎn)至后方焦點(diǎn)的距離。

在空氣中的一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，有效焦距是由前面和后面的主平面至對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)的距離。如果周圍的環(huán)境不是空氣，則距離要乘上該物質(zhì)的折射系數(shù)(Refractive index)。有些作者稱這個(gè)距離為前(后)焦距，以與上面定義的前(后)焦點(diǎn)距離有所區(qū)別。

通常，焦距或有效焦距是描述光學(xué)系統(tǒng)聚集光線能力的值，并且常被用來(lái)計(jì)算放大倍數(shù)。其他的參數(shù)則被用來(lái)計(jì)算一個(gè)特定對(duì)象的影像將會(huì)在什么位置上形成。

對(duì)在空氣中厚度為d，曲率半徑為R1和R2的透鏡，有效焦距為:

1/f=(n-1)[1/R1-1/R2+(n-1)d/nR1R2]

此處n是透鏡材料的折射率，數(shù)值1/f就是這個(gè)透鏡的光學(xué)倍率，f是焦距?？梢姡哥R材料的折射率n越小，透鏡的焦距越大。

焦距以最常見的標(biāo)示習(xí)慣，如果第一個(gè)表面的透鏡是凸透鏡，R1的數(shù)值是正值，如果是凹透鏡則是負(fù)值;如果第二個(gè)表面是凹透鏡，R2的數(shù)值是正值，如果是凸透鏡則是負(fù)值。要注意的是，即使如此，不同的作者仍可能會(huì)有不同的標(biāo)示習(xí)慣。

對(duì)一個(gè)球形曲率的鏡子，焦距等于鏡子的曲率半徑的一半。凸面鏡的焦距是正值，凹面鏡的焦距是負(fù)值。

物體到透鏡中心的距離u 像的正倒 像的大小 像的虛實(shí) 像到透鏡中心的距離v 應(yīng)用實(shí)例 物距和像距的關(guān)系

(u是物距 v是像距 f是焦距)

為了研究各種猜想，人們經(jīng)常用光具座進(jìn)行試驗(yàn)。

蠟燭的焰心，凸透鏡中心，光屏中心應(yīng)盡量保持在同一水平高度上。

即為2c 常用公式c^2=a^2-b^2

c為半焦距

鏡頭的焦距決定了該鏡頭拍攝的被攝物體在成像平面上所形成影像的大小。假設(shè)以相同的距離面對(duì)同一被攝體進(jìn)行拍攝，那么鏡頭的焦距越長(zhǎng)，則被攝體在膠片或影像傳感器上所形成的影像的放大倍率就越大。