¿Cómo puede una lente con una sola distancia focal enfocarse en más de un plano?

Por definición, una lente principal es un sistema de lente fija con una distancia focal fija.

Entonces, la física simple nos dice que debería poder enfocarse solo en un plano (a una distancia fija) frente a él. Pero, de hecho, puede enfocarse en objetos cercanos y lejanos.

¿Que me estoy perdiendo aqui?

Una lente principal todavía tiene un elemento de enfoque móvil que le permite cambiar el plano focal a través del rango del rango del anillo de enfoque. Un primer es una lente que tiene una distancia focal fija (100 mm, 50 mm, etc.) en lugar de un zoom que le permitirá cubrir un rango de distancias focales (70 mm-200 mm, por ejemplo).

Una lente de enfoque fijo no puede cambiar su plano focal, pero esto no es lo mismo que una lente principal.

Esta es una falta fundamental de comprensión de lo que significa la distancia focal. Comience con una lente simple de un solo elemento. Manténgalo lo suficientemente alejado del avión para que algo a una distancia "infinita" (por ejemplo, el sol o la luna) esté enfocado. La distancia desde la lente a lo que sea que esté enfocando es la distancia focal de esa lente.

Sin embargo, la distancia focal es una consecuencia directa de cuánto refracta la luz esa lente, que (al menos en su mayoría) depende de dos cosas: el índice de refracción de ese vidrio / plástico / lo que sea en la lente, y la curvatura de la lente superficies

Para cambiar el enfoque de la lente, mueva la lente en relación con el plano en el que está formando la imagen. Específicamente, para enfocar un objeto que está más cerca, mueve la lente para que esté más lejos del plano de enfoque.

Dada la situación normal en la que la lente proyectará una imagen un poco más grande que el plano del sensor / película, a medida que mueva la lente más lejos del plano focal, el ángulo de visión grabado en el plano focal se reducirá. En realidad, esto no es un cambio en el ángulo de visión proporcionado por la lente, sino simplemente una reducción en la parte del ángulo de visión proporcionado por la lente que su sensor / película puede grabar:

Aquí, las líneas grises representan la imagen proyectada por la lente. El inferior representa lo que obtendríamos con él enfocado en el infinito, y el superior con él enfocado considerablemente más cerca. Las líneas rojas en la parte superior muestran el ángulo de visión aparente más estrecho debido al enfoque más cercano. Sin embargo, tenga en cuenta que esto es realmente una cuestión de no capturar toda la imagen proyectada por la lente, no una cuestión de que la lente tenga un ángulo de visión más estrecho.

Para lo que vale, el mismo efecto explica que la apertura efectiva se haga más pequeña a medida que enfocas más cerca: la luz que se proyecta más allá de los bordes del sensor obviamente no se proyecta sobre el sensor, por lo que cuanto más te enfocas, menos luz se vuelve enfocado en el sensor, por lo que la menor cantidad de luz de la parte central de la imagen se extiende por toda el área del centro. Esto significa que hay menos luz en cualquier parte del sensor, por lo tanto, la apertura efectiva más pequeña (por ejemplo, con una lente macro típica en 1: 1, pierde casi 2 paradas completas, por lo que una lente con una calificación de f / 2.8 necesita aproximadamente una f /5.6 exposición).

Hay otro efecto que tener en cuenta además: una lente que hace enfoque interno es básicamente también un zoom - es decir, que no cambie la distancia focal (y el correspondiente ángulo de visión a través de la lente) mientras se concentra. Algunos (por ejemplo, el 105 Micro-Nikkor actual) están diseñados para que estos efectos se contrarresten entre sí (principalmente de todos modos) para que mantenga aproximadamente el mismo ángulo de visión real , independientemente de dónde esté enfocado.

Primero, la distancia focal es una propiedad de una lente (por lente me refiero a una pieza de plástico o vidrio que está dentro del sistema de lente fotográfica de su cámara ). Si solo tiene una lente única (piense en una lupa) y la mueva en relación con un objeto y su plano de proyección (o un sensor en una cámara), la distancia focal de esa lente sigue siendo la misma. La distancia focal se decide durante la fabricación de la lente (este no es el caso con el ojo humano, que puede cambiar la distancia focal usando los músculos).

Sin embargo, con la misma lente puede enfocar objetos a diferentes distancias usando esta fórmula:

1/f = 1/s1 + 1/s2

Dónde festá la distancia focal de su lente, s1es la distancia desde el centro de la lente al plano de proyección, y s2es la distancia desde el centro de la lente a un objeto. Para enfocar un objeto a una distancia diferente, solo necesita ajustar la posición de la lente con respecto al sensor en consecuencia. Una vez más, la distancia focal fsiempre se mantiene igual.

De esto se deduce que si está tomando una foto de un objeto que está infinitamente lejos, 1/f = 1/s1 + 0entonces su distancia focal coincide con la distancia al sensor, pero para cualquier otra distancia no será el caso.

Así que creo que la confusión surge de mirar las lentes principales como un sistema fijo. Los sistemas de lentes principales pueden cambiar la distancia desde la lente real al sensor, pero eso no cambia la propiedad de esa lente llamada distancia focal , que también podría definir en este contexto como la distancia desde el centro de la lente al sensor cuando un objeto que está infinitamente lejos está enfocado .

No creo que las otras respuestas realmente me hayan dejado claro y no resolvieron la confusión.

Entonces, la física simple nos dice que debería poder enfocarse solo en un plano (a una distancia fija) frente a él. Pero, de hecho, puedes enfocarte en objetos cercanos y lejanos ... ¿Qué me estoy perdiendo aquí?

La parte que falta es que la longitud focal de una lente se mide cuando la lente se enfoca al infinito.

La distancia focal es la distancia desde el centro óptico de la lente al plano de la imagen cuando la lente se enfoca al infinito . Si te enfocas en algo más cercano, entonces la distancia del centro al plano de la imagen también puede cambiar, pero eso no significa que no sea una lente principal. La diferencia entre una lente principal y un zoom es que la distancia del centro al plano de la imagen es siempre la misma para una lente principal cuando la lente está enfocada al infinito , mientras que esa distancia para un zoom puede estar en cualquier lugar en un rango de valores cuando la lente está enfocado al infinito .