Почему нет очевидной связи между фокусным расстоянием и размером физического объектива?

Question

Почему нет видимой связи между фокусным расстоянием и размером физического объектива?

Например, объектив Nikkor 20mm имеет физическую длину 42,5 мм! Это более чем в два раза больше фокусного расстояния! И если учесть, что датчик расположен не непосредственно на поверхности крепления объектива, расстояние от объектива до датчика должно составлять почти 50 мм.

Answer 1

Это потому, что линзы сделаны из сложного набора элементов, которые взаимодействуют.

Фокусное расстояние будет соответствовать размеру объектива плюс расстояние между фланцами, если оно будет сделано из одного оптического элемента. Это создаст линзу с сильными аберрациями, которые приведут к плохому качеству.

Телеобъективы по определению объективы, которые короче их фокусного расстояния. Широкоугольные объективы создают проблему при проектировании, поскольку им часто требуется фокусное расстояние короче, чем расстояние между фланцами, поэтому те, как ваши 20 мм, часто используют дизайн обратного телеобъектива, чтобы сделать возможным такой широкий угол обзора.

Увеличение, очевидно, усложняет ситуацию, и у вас есть линзы, которые становятся короче при увеличении, или линзы, которые вообще не меняют длину.

Answer 2

Фокусное расстояние основано на теоретической тонкой линзе (одноэлементная линза, имеющая минимальную толщину). Фокусное расстояние определяется как расстояние за объективом, на которое фокусируются коллимированные лучи, падающие на объектив.

Современные линзы имеют несколько элементов, расположенных в группах, которые все сходятся или расходятся световыми лучами. Эффективное фокусное расстояние всей системы линзы эквивалентно вышеупомянутой тонкой линзе с точки зрения расстояние от узловой точки объектива до плоскости пленки / сенсора и измеряется, когда объектив сфокусирован на бесконечности.

На объективах телефото узловая точка находится за передним элементом объектива. Широкоугольные объективы, такие как упомянутая выше 20-миллиметровая линза, устанавливаются дальше, чем фокусное расстояние объектива, а узловая точка находится между всей линзой и плоскостью пленки / сенсора. Объектив этого дизайна называется ретрофокальным .