絞りと被写界深度の素朴な疑問

質問

絞りと被写界深度の関係は分かるのですが、そもそもなぜ「絞る」とピントの合う範囲が広くなって、「開ける」とピントの合う範囲が狭まるのか分かりません。
どういう理屈でそうなるのでしょう。
分かる方いらっしゃいますか？

回答No.10

hokyu

失敬！添付図のサイズを誤ったので縮小して再うｐしておきます。

回答No.9

hokyu

コトバや数式の説明では直感的に理解し辛いだろうからごく分かり易い図を描いてみた。あくまでも【イメージ図】なんで、細かいコト突っ込むなよ？（笑）

ハナシを分かり易くするために被写体は点光源とし、ピントの合っていない状態で（ボケ状態）比較してます。
左から被写体である[点光源]-[レンズ]-[絞り]-[受光体]-[受光体上に投影されたボケ画像の様子]で、上段が絞り開放/下段が絞った状態。
…絞りバネが分厚過ぎるとかＦ値がいくらとか聞かないよーに！あくまでも【開放状態】と【絞った状態】の比較ですから。

さて、図を見ての通り受光体上での点光源画像の【数学的な意味での真の合焦位置】からのズレ量はいずれも同一（と仮定）ですが、絞った方は結果的に開放状態より小さなボケ画像が受光体上に投影されることになるのが理解出来ますね？
添付図はあくまでも【イメージ図】なので大袈裟に誇張して描画してますが、実際にはもっともっと小さな尺度の世界でこういう現象になっています。で、ある程度以上小さくなっちゃうとちょっとくらい点光源画像がボケていても人間が鑑賞する分には影響無い訳ですよ。人間の目は顕微鏡じゃーないからね？…最近だとPC上で画像拡大するのが容易になったから昔よりここらへんの問題を神経質に捉えるヒトが多くなったけどさｗ
ま、多少【数学的な意味での真の合焦位置】からズレていても実質的に影響の無い範囲が即ち被写界深度ってことでおｋ？
じゃあ「実質的に影響の無い範囲」ってどんくらいよ？ってなるとそれはその画像を何にどう使うかで異なります。噛み砕いて言うと携帯電話の待ちうけ画像用と大画面ハイビジョンＴＶで鑑賞する為の画像とでは求められるシビアさが違うってこと。当然後者の方が条件は厳しいぜ。そういう意味ではレンズ鏡筒に刻まれている被写界深度目盛りはあくまでも目安でしかないってことだな。フィルム時代だったらサービス版プリントを基準にしときゃ大抵問題無かった訳だが、今はそういう時代じゃねーし。面倒くさい時代になったもんですｗ

尚、添付図を正しく理解するとレンズの絞り値がなんであんな中途半端なステップで刻まれているのかも容易に分かるようになりますよ。いわゆる露出倍数ってヤツね。こっちは既に理解してたかなぁ？

お礼

わかりました。ありがとうございました。

回答No.8

FEX2053

「ピントが合う」というのは、対象物からの光が、皆さんの書いた図の
「光線が交わる点」に来ているということじゃないんです。

「光線が交わる点周辺で、光線の収束度が一定範囲の大きさ以下になる
部分全て」

なんです。ですので、ちょっとぐらい前後に対象物が動いても、
「光線の収束度」は一定範囲の大きさに収まっていますので、
ピントは「合っているように見える」んですね。

この「合っているように見える」範囲が被写界深度なんです。

絞りを絞ると皆さんが書くように、入ってくる光の角度は小さく
なりますので、「一定範囲の大きさ」になる範囲が広くなります。
広くなるということは「ピントの合う範囲が広くなる」ということと
同じですから、被写界深度が広くなるわけです。

論理的にピントが合う、ということと、実務的にピントが合っている
ことにしてしまう、というコトの差が「被写界深度」だと理解すれば
そんなに大きな間違いではないです。

お礼

すみません。探してたらうまく解説されてるページを見つけました。
http://ozen.web.fc2.com/camera/depth_of_field.html
そういうことだったのですね。
このご回答もそういうことですよね。
ありがとうございます。

回答No.7

kkky9

疑問を持ったら調べてみては如何ですか？
嫌になるほど出てきます。（1例ですが理解できる所を・・）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%A2%AB%E5%86%99%E7%95%8C%E6%B7%B1%E5%BA%A6

補足

「被写界深度って何？」とか
「被写界深度はこういう条件の時こうなる」
とかそういうことではないのです。
質問、良く読んでいただけると良かったですね。

回答No.6

hayasi456

私はも素朴な疑問を持ちました。
焦点距離５０ｍｍならレンズの位置はフィルム（CCD）から５０ｍｍに固定で何故ピントが合わないのか？
cezzさんの疑問と答えは同じところにあるようです。
（私なりの無理やりの納得です。）
「対物（被写体）からの光が平行光線ならば成り立つ話しで現実は光は拡散している為レンズを前後させ集光する必要がある。」と納得しました。
（他の方の図を参考に）
距離が離れれば離れるほど被写体からの光は限られた光のみになります。
一眼レフのレンズをお持ちならばレンズの距離表示を見てください。
距離が近いほど細かく表示があります。ある程度の距離以上は無限∞の表示になっていると思います。
距離が離れるほど拡散した光の一部、平行光線に近い光しかレンズに届かなくなりある程度の距離を越えればレンズの位置は一定で良いようです。

そこで絞りです。
絞りは絞り込むほどレンズ中心の光だけ平行光線に近い角度の狭い光だけを使用するのでピントの合う範囲が広くなるようです。
（正しくはピントの合って見える範囲かも知れませんね。）
EX：「写ルンです」やおもちゃのカメラには距離調整、絞り調整がありませんね。

ついでに
広角レンズは３～５ｍ以上、望遠レンズは１０～３０ｍ以上が無限のようです。
絞りだけでなく被写界深度はレンズの焦点距離によっても差があるわけですね。
これも角度が原因のようです。
広角レンズは広い範囲をカバーします。同じ距離で望遠レンズを利用した場合、被写体は望遠レンズより小さくなくます。望遠と比較して広角は入射角度が狭くなったと同じ効果があるようです。
望遠レンズは拡大しているのだからピント合わせはシビアになるのは当然かも知れませんが、広角のレンズの方がレンズの屈折率は高いのに小さく写ると言う事は入射角が狭いから・・・・・・・・・
納得できました？

色々試して良い写真を撮ってください。

お礼

すみません、やっぱりよく分かりませんでした。

回答No.5

coxym

近視の人は、スッゴク分かル回答を…
cezzサンが近視でアルことを期待して…

メガネを外してボヤッとした状態が「開放」両手の親指と人指し指を
合わせ、両指先をくっつけて◇の隙間を作ります。ソレをcezzサンの
ファインダーを覗く方の目に当てて、◇の隙間の大きさを変えてみて
ください。
◇の大きさを小さくスル「絞る」と、メガネなしでもケッコウ
モノがよく見えルはず！です。レンズのないピンホールカメラも同様。

No.4サンの回答とホボ同じですが、一度試してミルと、
「論より証拠」ご自分の目で実証できルはず！

理論的に理解したいのなら、専門書を読むのがイチバンでショウね。

お礼

質問を読んでいただければ分かると思いますが、
実証とかしたいわけではないです。
「なぜ」という理屈が知りたかったのです。

回答No.4

mohumohu23

もっすごく簡単に説明すると
光を通す”穴”つまり絞りが小さくなればなるほど、入る光線の角度が狭くなる。
狭くなると点を点としてみれる範囲の奥行きが長く見える。
だから被写界震度が広くなる
穴が広いと点を点として見れる範囲が狭くなるだから被写界震度が狭い。
限りなく点に近い穴ほど焦点距離が長くなる

補足

「点を点としてみれる範囲」とはどういう意味でしょう。
なんか分かりそうで分からないです。

回答No.3

Gletscher

光学という専門分野になるのですが、焦点距離（被写体深度）の問題になります。

１．レンズの焦点距離と明るさが同じであれば、撮影距離が遠くなると被写界深度は大きくなる。
２．撮影距離と焦点距離が同じであれば、絞りを小さくすると被写界深度は大きくなる。
３．撮影距離とレンズの明るさが等しい時は、焦点距離が短いほど被写界深度は大きくなる。

という関係にありますので、絞りを小さくすると深度も収差度も小さくなるので、像は鮮明になるが、あまり小絞りにすると回折の影響が現れて、像はかえって悪くなります。

被写体深度は焦点を合わせた被写体の面の前後で許すことのできる鮮明度で写り得る被写体面間の距離のことをいいます。

被写体平面が焦点を結ぶ平面上では、像は鮮明にできるが、その前後では錯乱円になってぼやける。鮮明として許し得る錯乱円の前後の範囲を焦点深度といいます。

それで、途中の計算式は省略しますが、焦点を合わせた時に、鮮明と判断して良い範囲の遠いほうと近いほうの差（つまり焦点深度）は、フィルム面にできた被写体の像の高さに比例して光の導入径（つまり絞りの径）に反比例するんです。
d2－d1＝d・f　と表します。
この式に撮影距離1/p1p2を掛けて整理すると、
Pmax＝p2／（1-dF／f2・p2）
Pmin＝p1／（1+dF／f2・p1）
になって、焦点距離のmaxとminを求めることができます。
それで、絞りである、Fが分子にあるので、大きくなると焦点距離は広がり、つまりピントの合う範囲が広くなるのです。

(-"-;) ウーンこの書き方の式だけだと分かりにくいな～(ーー;)

お礼

すみません、難しくてよく分かりませんでした。

回答No.2

dogday

ありました。
http://www.doicamera.com/jp_digital_camera_depthoffield.htm
前の説明で、書き間違いもあるので忘れてこれ読んでください。
Ｆ値が小さくなると絞るのは真逆です。

お礼

いろいろありがとうございます。
せっかくのご回答でしたが分かりません。
肝心の「なぜ」の部分はやはり書かれていなかったようです。

回答No.1

dogday

文章で答えづらいのですが、意外にネットで解説がないですね。
光線は、鏡像で入ってきます。
鼓型に左から右に光線が入ってくると×|のように光線が交差して鏡像に｜の感光体に光が当たります。
×の真ん中が絞りとすると、F値が小さくなると、入ってくる穴が小さくなります。
そうなると光の入ってくる角度が鋭角になりますよね？
＞＜|こんな感じ。
そうなると細くて狭い範囲の光線が届きます。
絞りを開放すると穴が大きくなるので広角に光が入ってきて、距離が短くても同じ光量が入ります。
><|こんな感じ。

この角度と距離が被写界深度です。
わからないですかね？ｗ
説明ページ探してきますね。