F値

F値とは、レンズの焦点距離を有効口径で割った値であり、レンズの明るさを示す指標として用いられる。F値のFとは焦点を意味するfocalから来ている。

有効口径と明るさ

有効口径とは、レンズの光軸上無限遠の位置にある点光源を想定したときに、その点光源からレンズへ入射する平行光線の光束の直径のことである。 F値を${f_{n}}$とすると下の式のようになる。

$f_{n}={\frac {f}{\Phi }}$

f	:焦点距離
${\Phi }$	:有効口径

有効口径が大きいということは、光をより多く集められるということである。有効口径が$1/{\sqrt {2}}$になると光を集める面積は半分になる。したがって、F値が${\sqrt {2}}$倍となるごとに明るさは半分となる。

焦点距離で割ることの意味

レンズが結ぶ像の面積は焦点距離の2乗に比例して拡大する。一方レンズの有効口径が変わらなければ、レンズに入射する光の量は一定である。したがって、像の面積あたりの光量は焦点距離の二乗に反比例する。

2つの係数の比をとることで無次元化を行っているとも言える。

F値とT値

F値はレンズの明るさを示す指標として広く使われているが、実際にはレンズの材質や枚数により透過率に差があるため、F値のみを用いて露出を正確に議論をすることはできない。レンズの透過率なども含めた光学系の実質的な明るさを示す指標をT値と呼ぶ。一部の高級レンズでは、絞り環の表示がT値で表記されている事がある。ただし一般用途の写真撮影においては、F値とT値の差が問題になることは無いと考えてよい。

開放F値

レンズの絞りを開放(全開）したときのF値を開放F値という。開放F値の小さなレンズを「明るいレンズ」という。またシャッタースピードを高速にとれる事から、「ハイスピードレンズ」「高速レンズ」などの呼び方もある。

一般向けに市販された物としては、キヤノン7用50mm F0.95および、ライカ・ノクティルックス50mm F0.95が世界最速である。他に特注品としては、アポロ計画用に設計されたものをスタンリー・キューブリックが手に入れ映画『バリー・リンドン』に使用したカールツァイス・プラナー50mm F0.7や、旧日本軍用に東京光学が設計したトーコー5cm F0.7を基に戦後再設計し、毎日新聞社南極探検隊が使用したシムラー5cm F0.7などが著名。

現実的にはシャッタースピードの限界や被写界深度の問題があるため、最高でもF1.2-F1.4程度が実用域、F2.8程度あれば十分に明るいレベルといえる。

関連項目

• レンズ
• 被写界深度