カメラにF値が必要な理由。レンズのF値が変な増え方をする理由。

F値とは端的にいうと、光が入る面積を指し、入門向けには「数字が低いと光線束が増えてボケ、数字が高いと光線束が減ってピントの範囲が広く見える」といったように教わります。

ではカメラでは何故F値という数字が必要なのでしょう？

面積ならばm2（平方メートル）ですし、光の量ならLu（ルーメン）やLux（ルクス）といった単位があります。

これに応えを言うなら、レンズには焦点距離があり、焦点距離が長くなると同時に光量が落ちます。つまり、光の入る面積が同じでも、焦点距離が変わると光量も変わってくるのです。

この問題点を解決する数値がF値です。

俺

ちなみに数学の話です。

F値って何の数字？

F値のFは焦点という意味の英語、Focalから来ています。英語圏でもFocal numberとは言わず、F numberと言います。

このF値とは焦点距離を有効口径で割った値です。

例えば焦点距離 50mm、有効口径50mmのレンズのF値は1となります。

それではF値を1段絞ると本当に光の量は半分になっているのでしょうか？

F値とは光が入る量をコントロールする数値ですが、ISO感度と同様に数値そのものに意味はありません。

ただ、ISO感度は100、200、400と分かりやすく1段増えますが、F値は増え方が1.4、2.0、2.8と増え方が厄介です。

この増え方の特徴として、基本的にF値は2の倍数の√（ルート）で増えていきます。

さて、F値の正体はサクッと分かったわけですが、新しい問題が出てきたと思います。

有効口径ってなに…？

「F値＝焦点距離÷有効口径」

ここから有効口径を逆算するには、焦点距離をF値で割れば有効口径が算出できます。

有効口径とはレンズの光の入口（光線束）の直径です。F値が増えると、有効口径が小さくなる事からレンズで光量の調整ができます。

試しに有効口径を算出してみましょう。

例えば、400mm F2.0のレンズを作ろうと思うと、有効口径は200mmである必要があります。

俺

広角レンズにF値が低いレンズが多く、望遠レンズにF値が高いレンズが多いのはこういう事。

有効口径は光線束の直径なので、ここから面積を求めるには、直径を2で割り、2乗してπを掛けます。

小学校で習う「半径×半径×3.14」というアレです。

この計算を見ると確かにF1.0、F1.4、F2.0で確かに光線束が半分になっているのが分かります。

若干の誤差があるのは、√（ルート）やπの無理数があるせいです。

最後に代表的なレンズと、その光線束の面積について、表にまとめてみました。

24mmのレンズにおける有効口径の面積

50mmのレンズにおける有効口径の面積

200mmのレンズにおける有効口径の面積

俺

見事なまでに半分になっててスゴい。