如果通過各種百科查詢焦距的定義，基本上會給出“從鏡頭光學中心到成像元件的距離”這個定義，但對于光心的定義卻過于簡單，純粹隻從單一的薄透鏡或單反射鏡來講解，對于采用複數厚透鏡的鏡頭成品而言這個概念顯得有點太“天真”了，事實上單單從焦距這一點就能簡要引申出鏡頭設計的一些相對基礎的原理。

百科裡能找到的内容在這裡小胖就不贅述了，先從單個厚透鏡說起吧，如果單從“光心”的文字意義來看，你可能會覺得它應該位于鏡片中心，但事實上并沒有這麼單純，如下圖：

這是一個厚凸透鏡，對于任何光源，比如随意選擇的光源A發出的光線中會有3條特殊的光路，分别是入鏡前平行于光軸（藍色線），出鏡後平行于光軸（灰色線），以及入鏡出鏡後的光路平行（紅色線）。

那麼，我們知道焦距在攝影範疇内也有代表視角的含義，但它們之間如何換算？這其實是比較簡單的三角函數關系，若已知實際焦距F、畫幅對角線長L，要計算視角q，有公式：

所以比如50mm鏡頭在對角線長43.27mm的全畫幅CMOS上的視角，代入上式可得46.8度。而如果是已知視角q和畫幅對角線長L求焦距F則變為：

一個30度視角的鏡頭在全畫幅CMOS上的焦距換算下來可得80.74度，以此類推。

在焦距概念清晰之後，就能稍稍進一步理解鏡片結構搭配的意義了，最基本的望遠鏡頭設計是凸凹組合，大家自己簡單畫一畫不難發現，相對于單凸透鏡，凸凹組合使F2點更往後而N2點更往前，甚至會出現兩個節點都在鏡頭前方的情況，從而實現焦距的增加，增倍鏡的原理也是如此，相對于簡單粗暴的火箭筒式超長焦，可以很大程度的降低鏡頭長度。而反過來，倒裝望遠設計就是凹凸組合，它的意義就是縮短焦距，也是簡單畫畫草圖即可發現，而倒裝望遠結構的特色是N2和F2點非常靠後，焦距有時候甚至比鏡後距還要更短：

這就是一個典型的倒裝望遠設計圖，最右的H’F’即為該鏡頭的焦距，15.3mm。雖然未必每一個單反廣角鏡頭是如此，但大多數的HF在鏡筒内部、H’F’在最後一片透鏡後方。遺憾的是現代鏡頭基本上已經不會提供類似這樣的設計圖，頂多隻能在專利文案裡找到，但很多時候量産産品跟專利裡的結構并不一緻，所以難以找到準确的官方圖。下面則是望遠設計的設計圖：

200mm焦距鏡頭，可以看到節點H’，即我們示意圖中的N2，同時也是後主平面（在入鏡出鏡兩端截介質相同的前提下）幾乎已經沖出了鏡頭結構内部，該鏡頭的實際焦距其實是196.1mm，望遠結構呼之欲出。

為什麼說是“稍稍”了解，因為以焦距為基本框架，鏡頭的構建方式可謂千變萬化，單論當代50mm鏡頭就可以從很簡單的5組6片，到相對複雜的10組12片，所以大家隻需要知道焦距在鏡頭裡究竟是如何定義的即可。事實上關于節點、主平面的理論也可以衍生出一些比較有意思的話題，比如：如果你用黑卡把鏡頭擋一半，一定會拍出一半被遮擋的畫面麼？

對于單透鏡而言，上述答案是一定的，但對于複合鏡片的鏡頭來說，就需要結合前焦點位置來進行判斷了。物距u<焦距f時，代入透鏡公式1/v=1/f-1/u可得像距v小于0，像出現在透鏡左側，即為虛像，無法在傳感器上形成實像。所以對于遮擋鏡頭的黑卡而言，它所形成的陰影需要成像的前提就是物距>焦距，體現在鏡頭結構上的含義就是黑卡的位置必須在F1點左邊（參考本文第一張圖），也就是上面幾張鏡頭結構實例裡F點的左邊。

而根據前面的分析不難發現，根據焦距不同，前焦點所處位置也不同，對于大多廣角鏡頭來說，它基本位于鏡頭内部，因此黑卡一定會在它光路的前端，所以會拍出被遮擋的陰影。

但對于大多望遠結構長焦鏡頭來說，前焦點都會随着焦距增加而往前移動，所以越往長焦端，黑卡的陰影越小，當前焦點超過黑卡所處位置時，陰影消失，但對通光量的影響是存在的。可以參看佳能70-200mm F2.8在遮擋鏡頭上半部分後，分别于70mm和200mm時拍攝的樣張：

可以很明顯看到第一張以70mm拍攝時照片上部有遮擋痕迹，而到200mm後遮擋痕迹基本隻剩下一點點暗角，但整張照片的亮度變低了，你表示懷疑？小胖就用實拍來證明吧：

第一張是正常狀态，可以看到右側實時取景亮度正常，第二張就是70mm端蓋住前端一半後的取景，第三張則是變焦至200mmd端，變化夠明顯吧，而且這跟變焦後的視野變化并沒有絕對的關系，更主要還是節點、焦點的變化引起的，因此對于中焦段鏡頭來說，遮住一半會有多大影響就要看具體設計了，但多多少少都會受到影響，越是長焦，影響相對就越小。

了解到焦距深層定義後就能從這些角度來回答一些比較腦洞的問題，希望能幫助大家更多了解到鏡頭設計的原則。

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