Фокус (от лат. focus – «огонь») оптической системы – точка, в которой пересекаются («фокусируются») первоначально параллельные световые лучи после прохождения через собирающую оптическую систему (либо где пересекаются их продолжения, если система рассеивающая). Множество фокусов системы определяет её фокальную поверхность (рисунок 1). Главный фокус системы является пересечением её главной оптической оси и фокальной поверхности. В идеальной системе это плоскость, в реальной системе фокусы могут располагаться на некоторой иной фокальной поверхности.

Фокусное расстояние (F или f) - расстояние между линзой (или зеркалом) и фокусом (рисунок 2).
Точка, в которой объектив собирает пучок лучей, параллельный главной оптической оси – фокусное расстояние объектива. Фокусное отношение - отношение фокусного расстояния линзы (а также линзы или составной оптической системы) к апертуре. Обычно его значение записывают использую префикс f. Например, f/10 означает фокусное отношение, равное 10.

 Для сферической тонкой линзы на основе закона преломления получается следующая формула для фокусного расстояния:

,здесь n_л и n_ср - показатели преломления линзы и среды, соответственно. R₁ и R₂ - радиусы кривизны линзы, они - величины алгебраические.Эта формула справедлива только для приосевых (параксиальных) лучей. R1, R2 - радиусы кривизны сферических поверхностей линзы могут быть положительными и отрицательными. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы считается положительным, вогнутый - отрицательным.

Отличительным свойством собирательной линзы является способность собирать падающие на её поверхность лучи в одной точке, расположенной по другую сторону линзы.
Основные элементы линзы: NN – главная оптическая ось – прямая линия, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу; O – оптический центр – точка, которая у двояковыпуклых или двояковогнутых (с одинаковыми радиусами поверхностей) линз находится на оптической оси внутри линзы (в её центре):

Если на некотором расстоянии перед собирающей линзой поместить светящуюся точку S, то луч света, направленный по оси, пройдёт через линзу не преломившись, а лучи, проходящие не через центр, будут преломляться в сторону оптической оси и пересекутся на ней в некоторой точке F, которая и будет изображением точки S. Эта точка носит название сопряжённого фокуса, или просто фокуса.
Если на линзу будет падать свет от очень удаленного источника, лучи которого можно представить идущими параллельным пучком, то по выходе из неё лучи преломятся под большим углом и точка F переместится на оптической оси ближе к линзе. При данных условиях точка пересечения лучей, вышедших из линзы, называется главным фокусом F’, а расстояние от центра линзы до главного фокуса – главным фокусным расстоянием.
Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым.
Сказанное о фокусе на главной оптической оси в равной степени относится и к тем случаям, когда изображение точки находится на побочной или наклонной оптической оси, т. е. линии, проходящей через центр линзы под углом к главной оптической оси. Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси, расположенная в главном фокусе линзы, называется главной фокальной плоскостью, а в сопряжённом фокусе – просто фокальной плоскостью
Собирающие линзы могут быть направлены к предмету любой стороной, вследствие чего лучи по прохождении через линзу могут собираться как с одной, так и с другой её стороны. Таким образом, линза имеет два фокуса – передний и задний. Расположены они на оптической оси по обе стороны линзы.

 

 

Фокус Куде – фокус телескопа с экваториальной установкой, для которого неподвижное положение на полярной оси независимо от ориентации телескопа обеспечивается с помощью набора зеркал. Слово "куде" (coude) по-французски означает “локоть”. Необходимость направить световой поток к фиксированному фокусу возникает в тех случаях, когда нужно использовать громоздкое оборудование, которое нельзя непосредственно подсоединить к телескопу (например, высокодисперсионный спектрограф). В больших телескопах нового поколения с компьютеризованной альтазимутальной установкой используется фокус Несмита, который также фиксирован.
Фокус Несмита – фокальная точка, расположенная на одном конце трубы альтазимутально установленного отражательного телескопа, созданная с помощью дополнительного (третьего) отклоняющего зеркала в оптической системе. Это зеркало устанавливается так, чтобы направить луч света вдоль оси высоты через отверстие в поддерживающей телескоп конструкции. Впервые этот способ был использован в XIX в. его изобретателем Джеймсом Несмитом. Фокус Несмита вновь стал использоваться в астрономических инструментах с появлением нового поколения больших альтазимутальных телескопов с компьютерно-управляемым приводом. Фокус Несмита имеет определенные преимущества, поскольку его положение относительно телескопа не меняется при любых изменениях направления трубы. Поэтому большие и тяжелые инструменты можно устанавливать на платформе, которая вращается только по азимуту. Практически имеется два варианта фокуса Несмита (с каждой стороны трубы телескопа). Например, в телескопе Уильяма Гершеля зеркало Несмита можно специальным приводом устанавливать в такое положение, что световой луч отклоняется к любому из двух фокусов Несмита.