単一の焦点距離のレンズは、複数の平面にどのように焦点を合わせることができますか？

定義上、プライムレンズは固定焦点距離の固定レンズシステムです。

次に、単純な物理学は、その前の1つの平面（一定の距離）にのみ焦点を合わせることができるはずであることを教えてくれます。しかし実際には、近くだけでなく遠くにもオブジェクトに焦点を合わせることができます。

ここに何が欠けていますか？

プライムレンズには、フォーカスリングの範囲内で焦点面を変更できる移動フォーカス要素がまだあります。プライムとは、焦点距離の範囲（たとえば70mm-200mm）をカバーできるズームではなく、固定焦点距離（100mm、50mmなど）を持つレンズです。

固定焦点レンズは、その焦点面を変更することはできませんが、これはプライムレンズと同じではありません。

これは、焦点距離が何を意味するかを根本的に理解していないことです。シンプルな単一要素レンズから始めます。「無限の」距離にあるもの（太陽や月など）に焦点が合うように、飛行機から十分に離してください。レンズから焦点を合わせているものまでの距離は、そのレンズの焦点距離です。

ただし、焦点距離は、そのレンズが光をどれだけ屈折させるかの直接的な結果であり、（少なくともほとんど）2つの事柄に依存します：そのガラス/プラスチック/レンズ内の屈折率、およびレンズの曲率表面。

レンズの焦点を変更するには、画像を形成する平面に対してレンズを移動します。具体的には、より近い物体に焦点を合わせるには、レンズを動かして、焦点面から遠くなるようにします。

レンズがセンサー/フィルム面よりわずかに大きい画像を投影する通常の状況を考えると、レンズを焦点面から遠ざけると、焦点面に記録される画角が小さくなります。実際には、これはレンズによって提供される画角の変化ではなく、センサー/フィルムが記録できるレンズによって提供される画角の一部の単なる減少です。

ここで、灰色の線は、レンズによって投影されている画像を表します。下の図は無限遠に焦点を合わせて得られるものを表し、上の図はかなり近くに焦点を合わせたものを表します。上部の赤い線は、焦点が近づいているために見かけの画角が狭くなっていることを示しています。ただし、これは実際にはレンズによって投影される画像全体をキャプチャしないという問題であり、レンズ自体の視野角が狭いという問題ではないことに注意してください。

価値があるのは、同じ効果が、近くに焦点を合わせると効果的な開口が小さくなることを説明します-センサーの端を越えて投影される光は明らかにセンサーに投影されないため、焦点を近づけるほど光は少なくなりますセンサーに焦点を合わせているため、画像の中央部分からのより少ない量の光が中央の領域全体に広がります。これは、センサーのどの部分でも光が少ないため、有効口径が小さくなることを意味します（たとえば、1：1の一般的なマクロレンズでは、ほぼ 2つのフルストップが失われるため、f / 2.8のレンズには約f /5.6露出）。

同様に心に留めておくべきもう一つの効果があります：集中内部んレンズも基本的にはズームである-すなわち、それはないあなたが焦点としての焦点距離を（およびレンズを通して画角に対応）に変更します。いくつか（現在の105 Micro-Nikkorなど）は、これらが互いに打ち消し合うように設計されているため（ほとんどとにかく）、どこに焦点を合わせていても、ほぼ同じ実際の画角を維持できます。

まず、焦点距離はレンズの特性です（レンズとは、カメラの写真レンズシステムの内側にあるプラスチックまたはガラスのことです）。単一のレンズ（拡大鏡を考えてください）を持ち、オブジェクトと投影面（またはその点でカメラのセンサー）に関連してレンズを動かす場合、そのレンズの焦点距離は同じままです。焦点距離は、レンズの製造中に決定されます（これは、筋肉を使用して焦点距離を変更できる人間の目では当てはまりません）。

ただし、同じレンズを使用すると、次の式を使用して異なる距離にあるオブジェクトに焦点を合わせることができます。

1/f = 1/s1 + 1/s2

ここfで、焦点距離、あなたのレンズは、s1レンズ中心から投影面までの距離、及びs2レンズ中心から被写体までの距離です。異なる距離の物体に焦点を合わせるには、センサーに対してレンズの位置を適宜調整する必要があります。繰り返しますが、焦点距離はf常に同じままです。

このことから、無限遠の被写体を撮影している1/f = 1/s1 + 0場合、焦点距離はセンサーまでの距離と一致しますが、他の距離ではそうではありません。

ですから、混乱はプライムレンズを固定システムとして見ることから生じると思います。プライムレンズシステムは、実際のレンズからセンサーまでの距離を変更できますが、焦点距離と呼ばれるそのレンズのプロパティは変更しません。このコンテキストでは、レンズの中心からセンサーまでの距離として定義することもできます無限に遠くにあるオブジェクトに焦点が合っているとき。

他の答えが本当に私にそれを明確にしたとは思わず、混乱を解決しませんでした。

次に、単純な物理学は、その前の1つの平面（一定の距離）にのみ焦点を合わせることができるはずであることを教えてくれます。しかし、実際には、近くだけでなく遠くにもオブジェクトに焦点を合わせることができます...ここで何が欠けていますか？

不足している部分は、レンズの焦点距離が無限遠に焦点を合わせたときに測定されることです。

焦点距離は、レンズの焦点が無限遠にあるときのレンズの光学中心から像面までの距離です。もっと近いものに焦点を合わせると、中心から像面までの距離も変わる可能性がありますが、それはプライムレンズではないという意味ではありません。プライムレンズとズームの違いは、レンズの焦点が無限遠の場合、中心から像面までの距離はプライムレンズでは常に同じであるのに対して、ズームの距離は、レンズが無限に焦点を合わせています。