Как фокусное расстояние линзы может быть во много раз больше физической длины линзы?

Согласно соответствующему обсуждению на dpreview :

Объектив можно сделать физически короче, чем его фокусное расстояние, с помощью дополнительных элементов объектива, называемых телеобъективом.

Согласно странице Википедии для телеобъектива :

Базовая конструкция телеобъектива состоит из элементов передней линзы, которые в совокупности имеют положительный фокус. Фокусное расстояние этой группы короче эффективного фокусного расстояния объектива. Сходящиеся лучи этой группы перехватываются задней группой линз, иногда называемой «телеобъективной группой», имеющей отрицательный фокус.

Существует несколько подходов к получению системы линз с большим фокусным расстоянием, чтобы она находилась ближе к среде, чем ее фокусное расстояние. Наиболее распространенным из них является «телеобъектив».

^{Из Википедии: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lens_telephoto_1.svg}

Это означает, что внешний элемент линзы (в передней части системы линз) имеет фиксированный фокус и изгибает свет более значительно, чем простая линза с некоторым фокусным расстоянием. Затем вторая группа элементов (с отрицательным фокусом) снова перефокусирует свет, так что кажется, что свет исходит от гораздо большего фокусного расстояния. Это позволяет использовать более короткую систему линз, чем фокусное расстояние, которое было бы в противном случае.

Другой подход состоит в том, чтобы «сложить» линзу зеркалами.

Это объектив с фокусным расстоянием 500 мм и длиной всего 109 мм.

В самом световом пути есть немного стекла, но он немного отскакивает:

^{Из Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/File:MinoltaRFRokkorX250f56text.svg}

Вы заметите, что свет входит, немного настраивается, отражается сзади (и настраивается), отражается спереди (и настраивается), а затем проходит еще через несколько кусочков стекла. Путь света складывается через линзу, чтобы получить гораздо большее фокусное расстояние на меньшем расстоянии.

Сделать объектив короче простого объектива — это именно то, что означает термин «телеобъектив». Группы телеобъективов в основном действуют как увеличительное стекло, заставляя поле зрения закрываться быстрее, чем это произошло бы с простой системой линз.

Традиционные телеобъективы по-прежнему требовали много места и много линз для работы, но новые вещи, такие как дифракционная оптика, могут еще больше сжать это, чтобы сделать очень короткие телеобъективы без существенного ущерба для качества изображения.