ピントは何故合わせなくてはいけないのでしょう。

質問

「ピンとは何故あわせる必要があるのか？」
　素朴な質問だと思います。想像ではなく確かなお答えを、できるだけ解り易く教えてください。

　理科や科学で習ったときには、レンズの焦点距離の場所に画像は一番はっきりと映し出されていました。
　しかし、現実写真機、望遠鏡では被写体との距離によって調整が必要です。フリーフォーカスの双眼鏡がありますが、それは無限大に距離を固定してあり細かい調整は人間の目が行うため近い距離ではピントが合わないようです。
　固定焦点のカメラも１M以上離れていないとピンと合わないようです。
　焦点の合う深度は、絞りにより光の量を少なくすると深くなり、光の量を増やすと浅くなります。光が拡散しているからですか？
　特に、常に距離を無限大と考えてよさそうな天体をみる天体望遠鏡もピント合わせが必要なのも面白いですね。

回答No.7

SCNK

「理科や科学の教科書の図ではレンズに対物（被写体）からの光は対物の各点からそれぞれ1本の光がレンズに対して垂直に出ていると仮定しているからレンズの焦点距離に焦点を結ぶのでしょうか。」

垂直に出ていると仮定できるのは、物が無限遠にある場合です。この場合、結像側では焦点距離で焦点を結像します。レンズの中央から同一の距離のところを通った光はちょうど焦点距離を頂点とする円錐を形成することになります。対物側はというと頂点の高さが無限の円錐になるわけです。
それより近い距離の場合、物の１点から発した光はレンズの各所を通過して行くことには変わりありませんが、対物側の円錐は有限の距離となり円錐の底辺の角度は深くなります。そして結像側の円錐は、その分だけ底辺が浅くなり、頂点が高くなるわけです。つまり焦点距離より短いところにフィルムなりＣＣＤなりピントグラスなりを持ってこないと１対１の対応にならないわけですね。

「また、無限大と想定できる距離の場合も対物（被写体）からレンズに対して垂直に近い光しかレンズに届かないため航空写真はピントを固定できるのでしょうか。」

そのとおりです。航空用写真機のフィルム面は常に焦点距離です。（ただし地図作成用とか、遠方を斜めに写すパノラミック写真の場合です。偵察機が低空で高速通過するときに使用する写真機は、スリット式となっており低高度なのでピントも高度によってあわせます。）

「絞りを絞る効果も同様に考えてレンズに対して垂直に出ている光以外の同じ点から出た光をカットする効果があるのでしょか。」

１点から発した光は、レンズのすべての部分をとおります。ですから絞りを絞ろうと、形を変えようと映像には、暗くなる以外の効果は現れません。光束の本数が減るだけだからです。レンズの中央付近の光だけを通すのが通常の絞りの構造ですね。これを究極まで絞ればピンホールカメラです。

「広角レンズの場合は1の点から様々な方向に出ている光とレンズに対して垂直に近い光との誤差が解りにくいのでしょうか。」

まず広角レンズという言い方は通称ではよいのですが、画角との関係を示すことばなので短焦点レンズと言い換えさせていただきます。同じ焦点距離でもフィルム面の大きさで広角（３５ミリフィルムの標準レンズである５０ミリレンズは、ブローニ版では広角レンズ）になるからです。
短焦点レンズは、望遠レンズなどの長焦点レンズに比べて被写界深度が深いという特徴があります。結像側の円錐で考えると、短焦点レンズの焦点距離は低い円錐ですね。この場合多少角度が変わっても円錐の高さはさほど変わりません。しかし長焦点では同じ角度の変化で焦点距離は大きくずれてしまいます。
被写界深度というのは、フィルムなどの面のところで１点の大きさをコンマ何ミリ以下と決めておいて、その大きさまでになる焦点距離の許容誤差のことなのですが、短焦点レンズでは多少角度が変わっても１点の大きさがこの範囲の大きさにに入る、距離範囲が広いということなのです。

お礼

何度も付き合っていただいてありがとうございます。
　TXV12003 さんのお答えで理解することができました。そしてSCNKさんのお答えで理解を深めることができました。（と思って言います。）

　SCNKさんのお答えを読み人間の目のすござを改めて感じました。180度近い視野を持ちながらピント、露出、色温度の調整は素早く、適度な距離感も表現できる。すごいですね。

　今回の件で私なりにネット上で見つけたサイトがあります。大きなお世話かもしれませんが。記述しておきます。
http://web.canon.jp/technology/s_labo/light/001/01.html

http://www.lensya.co.jp/

　ありがとうございました。