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，但對於光心的定義卻過於簡單，純粹只從單一的薄透鏡或單反射鏡來講解，對於採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。
百科裡能找到的內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於鏡片中心，但事實上並沒有這麼單純，如下圖：
這是一個厚凸透鏡，對於任何光源，比如隨意選擇的光源A發出的光線中會有3條特殊的光路，分別是入鏡前平行於光軸（藍色線），出鏡後平行於光軸（灰色線），以及入鏡出鏡後的光路平行（紅色線）。
藍色線在進入厚凸透鏡時會折射一次，出鏡時又會再折射一次，然後抵達與光軸相交的F2點，這是它其中之一的一個焦點，這時候給入鏡與出鏡光路分別作延長線，它們會相交於一點，而事實上每一條與光軸平行的入射光線都會折射到F2點，它們入鏡出鏡延長線都會相交於一點，把這些所有的點都連接起來就會形成一個幾乎垂直於光軸的平面，這就是鏡頭的後主平面。
相同的道理，灰色線從P點斜射入鏡，在入鏡前會與光軸相交於點F1，實際上這個點是這塊厚透鏡的另一個焦點，灰色線2次折射後出鏡與光軸平行，並與藍色線相交於一點B。它的入鏡出鏡延長線也會相交於一點，所有出鏡後平行於光軸的光路畫延長線，與入鏡光延長線的相交點同樣會形成一個幾乎垂直於光軸的平面，這就是鏡頭的前主平面。
而紅色線在經歷厚透鏡的2次折射，入鏡出鏡光線平行，但入鏡與出鏡光路的延長線分別特會與光軸相交遇N1、N2點，這兩個點就是所謂的節點，它們是定義焦距非常重要的參考系，而且當鏡頭前後所處介質相同，比如我們日常都在空氣中拍攝，2個節點就分別位於前後主平面與光軸相交的位置。F1與N1為一組，F2與N2為一組，分別代表從左到右和從右到左的平行入射光。
而從定義來看，F1N1、F2N2即為焦距（請無視小胖隨意而不特別精準的粗糙繪圖，理解其意即可），N1到A點為物距，N2到B點為像距，當對焦到無限遠處時，焦距與像距相等。有了主平面概念之後，複合透鏡內每一塊鏡片都可以視作薄透鏡，多塊厚透鏡組成的鏡頭也能使用這種方法進行簡化來方便推算。比如我們知道鏡頭中每一片透鏡的位置與折射率，只需2個步驟即可找出鏡頭焦點與節點：首先，讓與軸線平行的入射光穿過每一片透鏡，出鏡後與軸線在某處相交，這就是前面提到的焦點F2。然後，入射光和出射光分別畫延長線，它們會在某處相交，從這個點向軸線作垂直線交於點N2，這就是與F2對應的節點，因此F2與N2間的距離就是焦距。
那麼，我們知道焦距在攝影範疇內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係，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，相對於單凸透鏡，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，相對於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在鏡筒內部、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，頂多只能在專利文案裡找到，但很多時候量產產品跟專利裡的結構並不一致，所以難以找到準確的官方圖。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）幾乎已經衝出了鏡頭結構內部，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，所以大家只需要知道焦距在鏡頭裡究竟是如何定義的即可。事實上關於節點、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？
對於單透鏡而言，上述答案是一定的，但對於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小於0，像出現在透鏡左側，即為虛像，無法在傳感器上形成實像。所以對於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，對於大多廣角鏡頭來說，它基本位於鏡頭內部，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。
但對於大多望遠結構長焦鏡頭來說，前焦點都會隨著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，分別於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跡，而到200mm後遮擋痕跡基本只剩下一點點暗角，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：
第一張是正常狀態，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並沒有絕對的關係，更主要還是節點、焦點的變化引起的，因此對於中焦段鏡頭來說，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。