초점비 (F-number)
한 줄 정의: 렌즈의 초점거리를 유효 조리개 지름으로 나눈 값으로, 렌즈가 빛을 얼마나 밝게 모을 수 있는지를 나타내는 무차원 지표입니다.
쉽게 풀면
카메라 렌즈에 f/2.8, f/8처럼 표시되는 숫자가 바로 초점비입니다. 이 숫자가 작을수록 렌즈 구경이 초점거리에 비해 상대적으로 크다는 뜻이라 빛을 더 많이 모을 수 있어 사진이 밝게 찍히고, 숫자가 클수록 어둡게 찍힙니다. 수도꼭지 지름이 클수록 같은 시간에 더 많은 물이 나오는 것과 비슷한 이치로, 렌즈 구멍이 상대적으로 클수록 더 많은 빛이 들어온다고 생각하면 됩니다.
왜 중요한가
초점비는 카메라, 망원경, 프로젝터 등 거의 모든 결상 광학계에서 밝기와 초점 심도, 회절 한계를 함께 결정하는 값이기 때문에 광학 설계 논문에서 성능을 나타내는 대표 지표로 사용됩니다. 개구수와 함께 렌즈의 집광 능력을 비교하는 기준으로도 널리 쓰입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"초점비 f/1.4의 대구경 렌즈를 설계하여 저조도 환경에서도 충분한 광량을 확보하였다."
작은 초점비 값을 가진 렌즈일수록 어두운 환경에서 유리함을 보여주는 예문입니다.
"초점비를 f/4에서 f/11로 조절하며 촬영한 영상의 초점 심도 변화를 비교하였다."
초점비가 커질수록 선명하게 보이는 거리 범위인 초점 심도가 깊어지는 특성을 설명하는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
초점비는 초점거리를 유효 조리개 지름으로 나눈 값이며, 개구수와는 대략 역수에 가까운 반비례 관계를 가집니다. 초점비가 작아질수록 렌즈로 들어오는 빛의 양은 늘지만 동시에 구면수차 등 여러 수차의 영향이 커지는 경향이 있어, 밝기와 상 품질 사이의 균형을 고려해 설계됩니다.
주의할 점
초점비가 같더라도 렌즈의 실제 초점거리나 구경이 다르면 화각과 상의 크기가 달라지므로, 초점비만으로 렌즈의 모든 특성을 판단해서는 안 됩니다.