撮像光学系のFナンバー
～幾何光学的定義と光線図による理解～

撮像光学系の F ナンバーは、画質や照度を左右する重要なパラメータです。本ページでは、幾何光学的定義を光線図とともに整理し、関連パラメータの関係を実務的観点からまとめます。

本ページでは、以下の規則を前提として議論を進める。

規則A：　符号規約

寸法表記については、付録：１次元ベクトルと角度における方向と符号の定義　に則り、上下方向は上向きを正、左右方向は右向きを正、回転方向は時計反対回りを正の向きとする。

規則B：　近軸領域の定義

本ページで扱う光線はすべて近軸光線とし、角度が十分小さいものとする。即ち、角度をθとしたとき、以下の近似を適用する：

sin θ = θ, tan θ = θ, cos θ = 1

・撮像光学系のFナンバーの幾何光学的定義と関係式の導出

撮像光学系における F ナンバーは、照度、画質、被写界深度、ノイズ特性など多くの性能要素を左右する基本パラメータである。しかし撮像系では、レンズ単体の F ナンバーだけでなく、入射瞳位置、射出瞳位置、倍率、像側距離といった複数の幾何光学量が実効的な F ナンバーを決定している。本ページでは、撮像光学系における F ナンバーの定義から始め、光線図を用いて関連パラメータの関係式を体系的に導出していく。

ここで、入射瞳へ入射する光線と射出瞳から射出する光線を、その他の主要光線と重ねて図示すると、以下のようになる。