光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动时，视觉和焦距就会发生变化，更远的景物变得更清晰，让人产生像物体递进的感觉。
光学变焦英文名称为Optical Zoom，数码摄像机依靠光学镜头结构来实现变焦。数码摄像机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多，就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。
因此，要改变视角便有两种办法，一种是改变镜头的焦距，用摄影的话来说，就是光学变焦，通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距；另一种就是改变成像面的大小，即成像面的对角线长短，在目前的数码摄影中，这就叫做数码变焦。
光学变焦镜头的变焦能力包括光学变焦与数码变焦两种。两者虽然都有有助于望远拍摄时放大远方物体，但是只有光学变焦可以支持图像主体成像后，增加更多的像素，让主体不但变大，同时也相对更清晰，通常变焦倍数大者越适合用于望远拍摄。
光学变焦同传统相机设计一样，取决于镜头的焦距，所以分辨率及画质不会改变。数码变焦只能将原先的图像尺寸裁小，让图像在lcd屏幕上变得比较大，但并不会有助于使细节更清晰。因此购买数码相机时，建议大家留意光学变焦的倍数。目前中端相机普遍都有3倍左右的光学变焦，不过也有具超长变焦功能的产品，例如10倍光学变焦的机种。
实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。所以我们看到，一些镜头越长的数码相机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。变焦倍数不是衡量数码摄像机效能的根本数据，在距离光线和景物相同的条件下，哪一个照出来的照片更适合需要才是的。市面上的一些超薄型数码相机，一般没有光学变焦功能，因为其机身内根本不允许感光器件的移动。
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液态镜头可以改变镜头的形状来取得变焦效果，如我们人眼的晶状体一样，通过改变形状来变化。它不存在焦距，形状的变化导致焦距不停的变化，进而它不存在变焦倍数，只要对准景物，一两秒后，镜头就会自动对焦。
如今的数码相机的光学变焦倍数大多在2倍－5倍之间，即可把10米以外的物体拉近至5-3米近；也有一些数码相机拥有10倍的光学变焦效果。家用摄录机的光学变焦倍数在10倍~22倍，能比较清楚的拍到70米外的东西。使用增倍镜能够增大摄录机的光学变焦倍数。如果光学变焦倍数不够，可以在镜头前加一增倍镜，其计算方法为：一个2倍的增距镜，套在一个原来有4倍光学变焦的数码相机上，那么这台数码相机的光学变焦倍数由原来的1倍、2倍、3倍、4倍变为2倍、4倍、6倍和8倍，即以增距镜的倍数和光学变焦倍数相乘所得。
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