如果通过各种百科全书查找焦距的定义，基本上都会给出“镜头光心到成像器件的距离”的定义，但光心的定义太简单了，纯粹是从一个单个薄镜头或相机解释一下，对于具有多个厚镜头的成品镜头来说，这个概念变得有点过于“天真”。 其实，仅从焦距就可以简单推导出一些相对基本的镜头设计原则。
我不会详细介绍您在百科全书中可以找到的内容。 让我们从单个厚镜头开始。 如果你看“光中心”的字面意思，你可能会认为它应该位于画面的中心，但实际上并没有上面那么简单，如右图所示：
这是一个厚凸透镜。 以任意光源为例，随机选择的光源A发出的光中都会有3条特殊的光路，在进入镜头前与光轴（黄线）平行，在进入镜头前与光轴（蓝线）平行。线）离开镜头后。 色线），进出镜头后的光路是平行的（蓝线）。
黑线进入厚凸透镜时会折射一次，离开透镜时会再次折射，然后到与光轴相交的F2点，这是它的焦点之一。 此时，入射光路和出射光路被分开为延长线，它们会相交于一点，实际上每一条平行于光轴的入射光线都会折射到点F2，它们的延长线进入和出射镜子将相交于一点，连接所有这些点都会产生一个几乎垂直于光轴的平面凹凸透镜成像原理，该平面是透镜的后主平面。
同理，白线从P点倾斜进入镜子，在进入镜子前会与光轴相交于F1点。 事实上，这一点是这个厚镜头的另一个焦点。 平行并与白线相交于B点，其出入口延长线也会相交于一点，出镜头后所有与光轴平行的光路都会画出延长线，与延长线的交点入射光的平面也会产生一个几乎垂直于光轴的平面，该平面是透镜前主平面。
白线经厚镜片折射两次，进出镜的光线是平行的，但进出光路的延长线会与光轴相交，交到N1和N2点，这两点就是所谓的节点。 它是定义焦距的一个非常重要的参考系，但是当镜头前后处于同一介质时，比如我们每天在空中拍摄，两个节点分别位于焦距的交点处。前后主平面和光轴。 F1和N1组成一组，F2和N2组成一组，分别代表从左到右和从右到左的平行入射光。
从定义上看，F1N1和F2N2是焦距（请忽略小胖随手画的，不是很精确的粗略图，明白意思就好），N1到A点是物距，N2到B点是像距，当测光到无限远时，焦距等于像距。 有了主平面的概念，复合镜片中的每一帧都可以看成是一个薄镜片，而由多个厚镜片组成的镜片也可以利用这些方法进行简化，以便于估算。 例如，如果我们知道透镜中每个透镜的位置和折射率，那么我们只需两步就可以找到透镜的焦点和节点：首先，让平行于轴的入射光穿过每个透镜，然后离开镜头后，会与轴在某一点相交，这就是上面提到的焦点F2。 之后，入射光和出射光分别画延长线，它们会在某处相交，并从该点向轴画一条垂线交于点N2，即F2对应的节点，因此两者之间的距离F2和N2是焦距。
这样我们就知道焦距在摄影领域也有代表视角的意义凹凸透镜成像原理，但是它们之间如何换算呢？ 这显然是一个比较简单的三角函数关系。 如果实际焦距F和画幅对角线长度L已知，要估计视角q，有公式：
因此，以对角线长度为43.27mm的全长焦CMOS上的50mm镜头的视角代入上式即可得到46.8度。 如果已知长焦的视角q和对角线长度L，则焦距F的计算公式为：
全长焦CMOS上30度视角的镜头焦距可转换为80.74度。
明确了焦距的概念之后，我们就可以进一步理解一下镜架结构的意义了。 最基本的伸缩镜头设计是凹凸组合。 只要自己画一下就不难发现。 与单凸透镜相比，凹凸组合使F2点前移。 N2点更靠前，甚至两个节点都在镜头前面，因此焦距减小，倍增器的原理是一样的。 增加镜片厚度。 另一方面，倒装长焦设计是凸凹结合的。 它的意义就是缩短焦距，简单画个草图就可以找到。 倒装长焦结构的特点是N2点和F2点都落后很远，焦距有时甚至比镜后距还要短：
这是典型的倒长焦设计，最右边的H'F'是镜头的焦距，15.3mm。 其实并不是每个相机广角镜头都是这样，只是HF大部分在物镜内部，而H'F'在最后一个镜头后面。 遗憾的是，现代镜头基本不提供这样的设计图，最多只能在专利文献中找到，但很多时候量产的产品与专利中的结构并不相符，所以根本找不到确切的官方图纸。 以下是望源设计的设计图：
对于焦距为200mm的镜头，可以看到节点H'，也就是我们示意图中的N2，也是后主平面（前提是镜头入口和出口两端的介质镜头也是一样）已经冲出了镜头结构。 镜头的实际焦距虽然为196.1mm，但长焦结构呼之欲出。
为什么我说“一点点”就明白了，因为焦距是基本框架，镜头的构造形式可以说千变万化，当代的50mm镜头可以从非常简单的5组6片到相对复杂的10组12片，所以你只需要知道镜头中焦距是如何定义的。 事实上，关于节点和主平面的理论也能引出一些有趣的话题，比如：如果用黑卡挡住一半的镜头，你会拍出半挡的照片吗？
对于单镜头来说，上面的答案是肯定的，但是对于复合镜框的镜头来说，就需要结合前焦点位置来判断了。 物距u焦距，体现在镜头结构上，意味着黑卡的位置一定在F1点的右侧（参考本文第一张图），也就是点F1的右侧前面的透镜结构示例中的F。
根据上面的分析，不难发现，根据焦距的不同，前焦点的位置也不同。 对于大多数广角镜头来说，它基本上位于镜头内部，所以黑卡一定是在它的光路后端，所以才会被拍摄到。 被遮挡的阴影。
但对于大多数长焦结构的变焦镜头，前焦点会随着焦距的减小而向前连接，因此黑卡的阴影随着焦距的减小而变小。 当当前焦点超出黑卡位置时，阴影消失。 但对光量的影响是存在的。 可以参考尼康70-.8在遮挡镜头上部后在70mm和200mm处拍摄的样张：
可以明显看到，第一次拍摄70mm时，照片下部有遮挡痕迹，而200mm之后，遮挡痕迹基本只有一点点噪点，但整张照片的色温已经变低了。 你怀疑吗？ 小胖就用实拍来证明一下：
第一张图是正常状态，可以看到两侧实时取景温度正常，第二张图是70mm端覆盖半个后端后的取景器，第三张图是定焦到最后，变化足够显着，但这并不等同于对焦后视野的变化没有绝对的关系，主要是节点和焦点的变化引起的。 因此，对于中画幅镜头来说，遮挡一半的影响取决于具体的设计，但或多或少都会受到影响。 就影响而言，变焦越大，影响相对越小。
只有深入理解了焦距的定义，我们才能从这个角度回答一些更加巧妙的问题，希望能帮助大家更多地理解镜头设计的原理。