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ピントが合っているように見える範囲・被写界深度:ボケとパンフォーカス(2)

前回は、許容錯乱円(ボケと識別できない最小の円)の話でした。

 

許容錯乱円はイメージセンサー上で想定する円にすぎません。なので、その大きさ自体を直接利用することはありませんね。

 

今回は、許容錯乱円の大きさから、より具体的に、ピントが合っているように見える範囲(被写界深度)について考えてみます。

 

 

 

 

 
許容錯乱円:おさらいです
焦点深度と被写界深度:ピントが合って見える範囲
レンズを絞った場合:被写界深度は大きく

 

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許容錯乱円の大きさに2つの考え方:ボケとパンフォーカス(1)
ピントが合っているように見える範囲・被写界深度:ボケとパンフォーカス(2)

 

許容錯乱円

前回のおさらいです。下図のように、点光源の被写体を撮影した場合、青い線のように、ピントがずれた場合には、オレンジ色で示したぼやけた丸い円として写ります。

 

この円がイメージセンサー上にある錯乱円(さくらんえん)でしたね。そして、錯乱円が小さくなると、もはやボケとは認識できなくなります。この最小錯乱円のことを許容錯乱円といいます。

 

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焦点深度と被写界深度

許容錯乱円とレンズに入る光線束の関係を図示すると、下図のようになります。

 

許容錯乱円に対応して、光軸上の焦点側のイメージセンサーの前後に、ピントが合っているように見える範囲ができます。これを焦点深度といいます。

 

一方、焦点深度に合わせて、被写体側にも、ピントが合っているように見える範囲ができます。これを被写界深度といいます。被写体側にありますが、被写"体"深度ではありません(笑)。

 

つまり、図の番号順に

 

 ①許容錯乱円の大きさ → 

 ②焦点深度 → 

 ③被写界深度の決定

 

という順になり、③となって初めて具体的な意味を持ってきます。

 

なお、あくまでも"ピントが合っているように見える範囲"であって、"ピントが合う範囲"ではありません。

いくら絞りを絞ってパンフォーカス的になっても、ピントが合っているのは合焦位置だけです。

 

 

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赤色が、点光源の被写体にピントを合わせた場合。許容錯乱円の大きさに対応し、遠くは緑から近くの青までの位置で、ピントが合っているように見えることになります。

 

 

焦点深度(depth of focus):イメージセンサー側にある、ピントが合っているように見える範囲です。イメージセンサーの前後に、前方被写界深度と後方被写界深度があります。

被写界深度(depth of field):被写体側にある、ピントが合っているように見える範囲です。ピントを合わせた合焦位置の前後に、前方被写界深度と後方被写界深度があります。

 

焦点近点:イメージセンサー位置 - 前方焦点深度

焦点遠点:イメージセンサー位置 + 後方焦点深度

被写界近点:合焦位置 - 前方被写界深度

被写界遠点:合焦位置 + 後方被写界深度

 

合焦位置はレンズの主点からの距離になります。また、結像位置は焦点距離より小さくなることはなく、したがって、焦点近点の最小値は焦点距離になります。この時、被写体側の被写界遠点は無限大となります。

 

前ボケと後ろボケ

上の図のように、前方被写界深度は、後方より小さくなります。前側の方が被写体のピントが合う範囲が狭いため、前方のほうがボケやすくなります。

 

 

 

 

レンズを絞った場合

下は、上と同じ合焦位置と焦点距離で、絞りを絞り込んだ場合です。

ボケとは見えない許容錯乱円が同じとすると、図からわかるように、絞りを絞ってレンズの有効口径が小さくなると、被写界深度が深くなり、ピントが合っているように見える範囲が広くなります。 

これが、絞りを絞ると、ピントが合っているように見える範囲が広く、パンフォーカス的になる理由です。

 

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わかりやすくするため、図はデフォルメされています。色によって、レンズを通過する時の口径が異なるようですが、実際は、焦点深度はかなり小さく、その差はほとんどありません。例えば、レンズ直径を30mmとすると、許容錯乱円(30μ)は、その1/1000の大きさです。

 

 

参考

1)知っておきたい撮影レンズの基礎(東芝、pdf)

 

あとがき

許容錯乱円という大きさを、被写界深度という距離に変換できました。ボケとして認識できるかどうかの大きさが、ピントが合っているように見える範囲(被写界深度)を決めるわけですね。

 

次回は、レンズのF値や焦点距離を変えて、実際の被写界深度を計算してみます。