Если с одной какой-либо стороны на собирательную линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то, пройдя сквозь линзу, лучи света соберутся по другую сторону от нее в одну точку, лежащую на главной оптической оси. Эта точка называется главным фокусом линзы. Расстояние от линзы до главного фокуса есть величина для всякой линзы постоянная и называется главным фокусным расстоянием, или просто фокусным расстоянием линзы. Это расстояние условно обозначается буквой.
Фокусное расстояние, постоянное для одной линзы, у различных линз различно, и величина его зависит главным образом от величины радиусов кривизны линзы, т. е. от степени выпуклости или вогнутости ее сферических поверхностей. Чем линза выпуклее, тем короче ее фокусное расстояние.
Простые опыты с собирательной линзой показывают, что чем дальше от линзы находится предмет, тем ближе к линзе образуется его изображение, и наоборот. При этом каждому расстоянию от линзы до предмета соответствует строго определенное расстояние от линзы до изображения этого предмета, называемое сопряженным фокусным расстоянием.
Главное фокусное расстояние линзы является частным случаем сопряженного фокусного расстояния, но в отличие от всех остальных сопряженных расстояний оно образуется в тех случаях, когда предмет значительно удален от линзы. При таком расположении предмета угол, образованный лучами, соединяющими концы диаметра линзы с какой-либо точкой предмета, становится настолько малым, что лучи эти можно практически считать параллельными. Такие лучи, пройдя сквозь линзу, собираются в главном фокусе или в главной фокальной плоскости линзы. Таким образом, главное фокусное рас¬стояние является наикратчайшим из всех возможных сопряженных фокусных расстояний.
Для приближенного определения главного фокусного расстояния можно воспользоваться лучами солнца, которые вследствие значительной удаленности солнца практически параллельны.