相机是如何对焦的
“对焦”和“变焦”
对焦，也叫调焦、合焦，它是指通过移动传感器或者镜组/某些浮动镜片的位置，来调节传感器与镜头之间的相对距离（像距），从而达到让成像清晰的目的。
变焦是指通过移动镜头镜组内部的镜片，来改变其光学结构，从而改变镜头整体的焦距，调整成像的视场范围（示意视频）。
镜头一般分为定焦镜头（prime lens）和变焦镜头（zoom lens），二者一般都是有对焦的功能的，但是只有变焦镜头才能实现变焦。
<变焦镜头示意图>
典型的变焦镜头，一般对焦环比较细，变焦环粗一些。 这是因为一般实现变焦功能时，需要移动的镜片数量多，调节时阻力也比对焦要大一些。此外，很多镜头都有自动对焦功能，而自动变焦的很少，所以变焦的手动操作频率更高，这些因素下，变焦环粗一些更方便。
相机是如何对焦的
首先需要明确的是，对焦改变的是“像距”，即光心到像面的距离。一般来说，调整像距最直接的方式是前后移动传感器平面，比如古老的（4x5）大画幅相机就是按照这种方式工作的。
<4x5大画幅相机：传感器前面有一个可伸缩的遮光罩，传感器能够前后移动很大距离>
但是在现代相机设计中，体积小巧成为一个重要考量，移动传感器往往不太方便（传感器一般连着电路之类的，需要固定在背板上）且需要较大空间，所以一般是通过整体移动镜组或者镜组里面某些浮动镜片来改变整体光心位置，以达到改变像距的目的。需要注意的是，虽然对焦过程改变了透镜组里面某些镜片的位置，但是经过特殊光学设计，这个操作并不会影响焦距，而只会影响光心（主点）位置。
改变透镜组里面哪些透镜不会影响焦距？这个问题需要进一步的光学工程知识，但是一个简单的例子是，如果平行光入射透镜组时，镜组的某（几）个透镜的入射光和出射光都是平行的，那么前后移动它就不会影响光线轨迹和最终汇聚点（焦点），也就不会影响焦距。
另外，移动镜组和移动传感器来改变像距相比的一点区别是，它同时也改变了物距（相当于是移动了透镜的位置）和放大率。只不过在普通拍照的时候，物距一般都比较大，所以对焦引起的光心微小移动对于物距来说往往微不足道，可以忽略。但是在一些特殊场景，比如微距拍摄中，物距相对较小，此时将对焦位置由近景转移到远景或由远景移动到近景对焦时，镜组移动产生的物距变化就容易导致画面出现明显的“呼吸效应”，其表现对焦过程中画面的视场和物体大小发送缩放，像呼吸时胸廓的变化一样。专业的镜头厂商一般会做一些特殊设计来缓解“呼吸效应”对画面的影响，比如 Cannon RF100mm F2.8 L MACRO IS USM。
关于“呼吸效应”出现原因的另一个说法是，对焦时移动镜片改变了镜组整体的光学结构，会导致其焦距发生变化，进而导致视场改变，产生呼吸效应。具体哪种对，需要后续进一步了解相关光学知识再做判断。详见 讨论 和 文章。
常见的错误表述
- 相机的像距约等于焦距
首先从光学的角度来说，这肯定是不对的，因为焦距是镜头的固有光学属性，透镜组结构固定了，焦距就是一定的。而像距则和透镜本身没关系，它描述的是成像过程中清晰成像的位置，对不同距离的物体成像时，物距不同，像距也不同，所以我们需要调节对焦环，改变像距，才能清晰成像。根据成像原理，像距肯定是大于焦距的（成实像），而且一般位于一倍焦距和二倍焦距之间（成倒立缩小的实像），微距镜头可能会位于二倍焦距之外（成倒立放大的实像）
就普通的单透镜成像而言，可以认为物距在无穷远的时候，像距等于焦距。基于这个准则，如果用 200mm 的长焦对焦到无穷远就需要 20cm 的像距，这个距离在普通相机或者手机里面显然有是无法达到的，所以实际的镜头往往会用望远镜头（ telephoto lens）结构设计，采用这种设计的镜头，在对焦时的镜头中心至底片的距离就会比使用简单的凸透镜公式计算出来的相距要小了。
A telephoto lens is made physically shorter than its nominal focal length by pairing a front positive imaging cell with a rear magnifying negative cell. The powerful front group over-refracts the image, the rear restores the focal plane, thereby greatly shortening the back-focus length. —— wiki
类似的，对于微距镜头，比如 10mm 的微距，如果对焦到无穷远，那么像距是 1cm，一般是小于镜头法兰距的，也就是像距调节不到这么小，这时候就可以通过反望远设计来增加后焦距，从而能够使得相机能够对无穷远合焦。所以总的来说，“相机的像距等于焦距”这句话基本仅在普通透镜成像中物距无穷远时成立，实际应用场景下一般不成立。
Tips：透镜成像规律：“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，实像总是异侧倒立，虚线总是同侧正立，物进像远像变大，物远像近像变小”
