物体が有限距離にある場合、像の大きさは、

像の大きさ=倍率×物体の大きさ

で計算できる。一方、物体が無限遠にある場合は倍率が0になるため、上記の式では、像の大きさを計算することができない。無限遠では、像の大きさの半径をy’とすると、

で表すことができる。なお、画角とは、レンズから物体を見込む角度で、半画角は画角の半分のことである。

図1: 光学系の像の大きさ

Fナンバーは、レンズの焦点距離fとレンズの有効径Dの比で定義される。

像の明るさは、レンズの有効径の2乗に比例し、また、無限遠の場合、焦点距離fの2乗に反比例する。したがって、Fナンバーを利用すると、像の明るさはFナンバーの2乗に反比例することがわかる。なお、上記のFナンバーは無限遠の物体の場合のみに適応できるものであるが、有限の距離でも、無限遠でも適用できるFナンバーを実効Fナンバーとよび、次式で定義される。

(M: 倍率)

有限距離でも無限遠でも、像の明るさは実効Fナンバーの2乗に反比例する。