F値の意味

質問

ウィキペディアには、
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F値とは、レンズの焦点距離を有効口径で割った値
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
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／√２になると光を集める面積は半分
F値は√２倍になると、明るさは半分に。小さい方がよい。

焦点距離で割ることの意味 [編集]
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。
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とあり、これ自体、矛盾なく表面上の意味は理解できました。

　他方、
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開放F値 [編集]
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。
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ともあります。
ということは、F値は一般に、同じカメラでも絞りによって異なるということでしょうか？
しかし、開放絞り値には必ず、ワイド端とテレ端の数値が「～」で結ばれており、混乱しています。

　ご存じの方、よろしくお願いします。

回答No.7

kuma-gorou · ベストアンサー

No5です。

レンズの有効口径は不変、焦点距離が長くなると、【レンズの有効口径÷レンズの焦点距離】、即ち、分子が一定で分母の数値が大きくなるので、数値が小さくなる（Ｆ値では、数字が大きくなる）と考えれば、ズームレンズのＷ端では分母の数字が小さく、Ｔ端では分母の数字が大きいので数字が小さくなると考えると理解し易いのではないのでしょうか？
勿論、光学設計の工夫で見かけの口径が同じでも有効口径が変化するレンズや絞り連動でＦ値不変のレンズもある訳ですが、そこまで説明すると専門分野になりますので、別の機会に譲ります。

なお、くどいようですが、レンズの明るさは、【レンズの有効口径÷レンズの焦点距離】で、小学校の高学年か中学の理科でも、そのように教えている筈ですし、私もそのように教わりました。
解り易く例えると、光源（この場合、レンズを通る光量）からの距離が２倍になれば、照度は1/4になります。
ちょっと、難しいかも知れませんが、理屈抜きでそのように理解して下さい。

回答No.6

中京区 桑原町（@l4330）

>開放F値：F2.4（ワイド端時）～5.9(テレ端時）
貴方が質問で書いた式

レンズの焦点距離
---------------- 　＝F
有効口径

ワイド---->焦点距離が短い
テレ---->焦点距離が長い
F値が変わって当然でしょ。

補足

再回答、ありがとうございます。

　有効口径が一定である（この辺りがわからないのですが、とりあえず事実として覚えておきます。）とすれば、
焦点距離が変わればF値も比例して変わると理解できます。

　他方で、
No.4の方への補足にも書かせていただいたとおり、
「開放」と「（テレ端）」が共存するのが理解できておりません。

回答No.5

kuma-gorou

＞F値とは、レンズの焦点距離を有効口径で割った値

光学物理上、【レンズの有効口径÷レンズの焦点距離】の値がレンズの明るさを表す数値となります。
しかし、写真レンズとして扱うのに、小数点以下の数値では不便なため【（レンズの有効口径÷レンズの焦点距離）の逆数】をＦ値と定義したわけです。
従って、結果は同じでも、ウィキペディアの解説は不適切な表現と言わざるを得ません。

レンズのＦ値は、レンズを通る光の量であり、シャッター速度と密接な関係があります。
例えば、レンズを通る光束の量を２倍にし、シャッターの開いている時間を半分にしても、フィルム（センサー）に届く光量は同じです。
このように、露光量をＦ値とシャッター速度の関係で表したものをEV（ライトバリュー）値と言い、覚えておくと便利です。
※詳細は、Webで検索して下さい。

Ｆ値は、一般的にレンズの開放値で、実際に絞りを作動させた時の実効絞り値はｆ値で表します。
また、Ｆ値にはレンズの透過率は配慮されていません。ですから、同じＦ値でも光量として同じとは言えない場合もあります。

Ｆ値に～の表記があるのは、開放時の明るさが可変するズームレンズを意味します。

補足質問があれば、分かる範囲でお答えします。

補足

ご丁寧回答、ありがとうございます。

　しかし、やはり、
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Ｆ値に～の表記があるのは、開放時の明るさが可変するズームレンズを意味します。
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が理解できません。
ワイド端が開放時の値、というわけではないのでしょうか？？？

　ついでに、
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光学物理上、【レンズの有効口径÷レンズの焦点距離】の値がレンズの明るさを表す数値となります。
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も、直感的に理解したいと思っていますが、難しいですか？

回答No.4

etc-etc

ズームレンズの殆どはワイド側とテレ側でレンズの全長が変わります、
一般的に望遠側（テレ側）にするほどレンズ長が延びます、
なので、焦点距離に連動してズームレンズでのワイド側がＦ２．８とかでも、テレ端では５．６とかになります、

レンズ口径は変わらないが、焦点距離が延びるので、望遠にする程Ｆ値が大きく（暗く）なっていく訳です、
逆に単焦点レンズであれば焦点距離が変わらないので、開放Ｆ１．８とか固定になります、

焦点距離による光量変化についてはご存知のようですので、大体ご理解いただけるのではないかと思います。

回答No.3

asiks

F値は絞りの値です。

同じカメラで同じレンズでも絞りをしぼっていけばその値は増えていきます。

レンズに～で結ばれているのは、
それぞれワイド端とテレ端での最小絞り値となります。
例えば最小絞り（解放F値）が2.8であるレンズもテレ端では絞り2.8を使うことができず最初牛堀が5.6になってしまったりしまいます。
これはレンズの設計上のそうなってしまうものです。

しかし高級レンズになるとテレからズームまで一定の絞り値が使えるものもあります。テレ端からワイド端までどこでも最小絞り値は2.8と行った具合です。

補足

ご回答、ありがとうございます。
F値が絞りによって異なる、というか変化する（絞れて増えていくということは理解しました。

　しかし、
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　レンズに～で結ばれているのは、
それぞれワイド端とテレ端での最小絞り値となります。
----------------
が理解できません。
例えば、
開放Ｆ値：Ｆ２．４（ワイド端時）～５．９（テレ端時）
という場合、どう理解したらいいのでしょうか？
もしかしたら、
ワイド端、テレ端の理解が間違っているのかもしれません。。

回答No.2

中京区 桑原町（@l4330）

絞るとは、レンズの口径を小さくすること。
だから「焦点距離を有効口径で割った値」が変わる。

回答No.1

fjnobu

F値は、絞れば変わります。F1,4ののレンズが、F5，6にもF11にもなります。開放のF値がレンズ性能を現して、絞っていった時にはF値は大きくなります。すなわち暗くなります。