Il componente fondamentale della fotografia è la lente; la lente altro non è che un disco di vetro (o altro materiale trasparente, oggi sono comuni le lenti di plastica) a due facce di forma sferica che devia i raggi luminosi provenienti da un punto e li concentra in un altro punto detto fuoco. In Fisica questo fenomeno si chiama rifrazione e dipende dalla diversa natura del vetro rispetto all'aria; questa differente natura del vetro si misura con un numero detto indice di rifrazione; differenti tipi di vetro hanno diversi indici di rifrazione.
Di norma si considera sempre per primo il comportamento della lente rispetto a un oggetto posto a distanza infinita; nella realtà ovviamente non esistono punti che siano realimente a distanza infinita, mentre in geometria proiettiva tali punti esistono e si dicono punti impropri. Nell'ottica fa comunque comodo considerare punti all'infinito i punti posti a distanza tale da non potersi distinguere dai punti all'infinito.
I raggi luminosi provenienti da un punto all'infinito sono per definizione paralleli; quando tali raggi cadono su una lente (come nel disegno a destra) vengono deviati per rifrazione e, se la lente ha una forma opportuna, passano tutti per uno stesso punto detto fuoco.
I punti all'infinito arrivano da diverse direzioni; per ogni direzione vi sarà quindi un diverso fuoco. Se la lente è costruita opportunamente tali punti cadono tutti sullo stesso piano, detto piano focale.
Un comportamento del tutto simile si ha con un oggetto a distanza finita; nel disegno a destra (selezionabile dal menu a tendina) l'oggetto è AP è posto a distanza d dalla lente. Per ottenere un'immagine a fuoco dell'oggetto si dovrà aumentare un poco la distanza focale rispetto all'infinito. Tutti i raggi luminosi uscenti dal punto A vanno a cadere su A', e i raggi uscenti da P vanno su P'. Si noti che sul piano focale si ottiene un'immagine capovolta dell'oggetto AP.
Se per esempio si pone una lente davanti a una parete bianca a una distanza pari a f si osserva sulla parete un'immagine capovolta della scena davanti alla lente. Meglio ancora se si inserisce la lente su una faccia di una scatola di cartone nero lunga f e la faccia opposta è sostituita da un vetro smerigliato. Sul vetro si vedrà l'immagine nitida della scena di fronte alla scatola. Una tale scatola è nota come camera oscura ed è in pratica la più elementare delle fotocamere.
I parametri fondamentali di una lente sono due:
Per concludere va detto che una sola lente a facce sferiche non è in grado di fornire immagini di qualità accettabile per uso fotografico. Per questo di solito si combinano insieme diverse lenti sferiche ottenendo l'obiettivo fotografico.
1 Data una lente con focale f = 300mm e un oggetto AP alto 50m, a quale distanza dall'oggetto deve essere posta la lente per avere un immagine A'P' = 10mm?
Si potrebbe usare la funzione tangente, ma non è necessario; infatti i due triangoli rettangoli CAP e CA'P' sono simili (gli angoli in C sono opposti al vertice e quindi uguali), e quindi i lati sono proporzionali.
Convertendo tutte le distanze in mm, si ha la proporzione:
300 : x = 10: 50000
che risolta dà x = 150000mm = 150m
