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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。
ちなみに数学の話です。
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。
F1.0 | √1 |
F1.4 | √2 |
F2.0 | √4 |
F2.8 | √8 |
F4.0 | √16 |
F5.6 | √32 |
F8.0 | √64 |
F11 | √128 |
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。
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。
焦点距離 | F値 | 有効口径 | 面積 |
---|---|---|---|
24mm | F1.0 | 24mm | 452mm2 |
24mm | F1.4 | 17.1mm | 231mm2 |
24mm | F2.0 | 12mm | 113mm2 |
24mm | F2.8 | 8.6mm | 57.7mm2 |
焦点距離 | F値 | 有効口径 | 面積 |
---|---|---|---|
50mm | F1.0 | 50mm | 1963mm2 |
50mm | F1.4 | 35.7mm | 1001mm2 |
50mm | F2.0 | 25mm | 491mm2 |
50mm | F2.8 | 17.9mm | 250mm2 |
焦点距離 | F値 | 有効口径 | 面積 |
---|---|---|---|
200mm | F2.0 | 100mm | 7854mm2 |
200mm | F2.8 | 71.4mm | 4007mm2 |
200mm | F4.0 | 50mm | 1963mm2 |
200mm | F5.6 | 35.7mm | 1002mm2 |
見事なまでに半分になっててスゴい。
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