Фокусное расстояние

Для центрированной оптической системы, состоящей из сферических поверхностей, фокусное расстояние описывает способность собирать лучи в одну точку при условии, что эти лучи идут из бесконечности параллельным пучком параллельно оптической оси^[2].

Для системы линз, как и для простой линзы конечной толщины, фокусное расстояние зависит от радиусов кривизны поверхностей, показателей преломления оптических материалов и толщин элементов системы^[3].

Фокусное расстояние определяется как расстояние от передней главной точки до переднего фокуса (для переднего фокусного расстояния), и как расстояние от задней главной точки до заднего фокуса (для заднего фокусного расстояния)^[4]. При этом под главными точками подразумеваются точки пересечения передней (задней) главной плоскости с оптической осью^[5].

Величина заднего фокусного расстояния является основным параметром, которым принято характеризовать любую оптическую систему^[6]. Для гомоцентрических пучков выполняется правило, согласно которому пучок лучей, исходящий из одной точки в пространстве предметов (фокуса пространства предметов), проходящий через оптическую систему, сходится в одной точке в пространства изображений (фокусе пространства изображений).

Но основе фокусного расстояния строятся поверхности, проходящие через фокусы оптической системы при изменении наклонов проходящих через неё световых пучков, формируя фокальные поверхности.

Фокусное расстояние является важной характеристикой элементов оптических систем (линз, зеркал) и самих оптических систем (объективы, коллиматоры, окуляры, телескопы, микроскопы, и т. д.). Фокусные расстояния рассчитываются на основе выводов геометрической оптики. Например, для тонкой линзы фокусное расстояние равно:

где ${\displaystyle u}$ — расстояние от линзы до предмета; ${\displaystyle v}$ — расстояние от линзы до изображения; ${\displaystyle f}$ — главное фокусное расстояние линзы. В случае толстой линзы формула остаётся без изменения с той лишь разницей, что расстояния отсчитываются не от центра линзы, а от главных плоскостей.

Главное фокусное расстояние объектива — расстояние от главного фокуса до главной задней плоскости, обозначается ${\displaystyle f'}$ или ${\displaystyle f}$. Положение главной задней плоскости ${\displaystyle H'}$ зависит от типа объектива: у обычных объективов она находится недалеко от диафрагмы, у телеобъективов она расположена перед линзами, а у объективов с удлинённым задним отрезком — за ними. Поэтому главное фокусное расстояние объектива нельзя определять от диафрагмы, так как это приводит для некоторых типов объективов к грубым ошибкам.

Главное фокусное расстояние определяет масштаб изображения при установке объектива на «бесконечность».