被写界深度

被写界深度とは、写真撮影でピントを合わせた部分の前後のピントが合っているように見える範囲をいう。

1. 概要
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写真撮影の際、レンズを通して被写体のある点に焦点を合わせると，厳密にはその一点にしか焦点はあっていないが、人間の目には、その前後も焦点が合っているように見える。被写界深度とはその範囲をいう。ボケがある程度以下だと、人間の視力ではボケを判別できないことから生ずる。近視の人が、目をすぼめると、文字がはっきり見えるのと同じ原理。レンズは、絞り値を上げることで、被写界深度を広げられる。被写界深度は絞り値、レンズの焦点距離、撮影距離で決まる。絞り値を自由にコントロールできるカメラでは、この原理を利用し、意図的に絞りを上げることで、広い範囲に焦点の合った写真が撮影したり、逆に絞りを開けて、被写体の前方・後方をぼかしたりして、表現が可能となる。結像位置の手前よりは後方の方が、より被写界深度の範囲は広く、絞りによってその範囲は変化する。

右の二つの写真を比較してみた場合、上の写真では近くのバラにも遠くの洋館にも焦点が合っているように見え、焦点が合っている範囲が手前から奥へと広い。このような状態を「被写界深度が深い」または「パンフォーカス」という。

一方、下の写真では花の「シベ」の部分にしか焦点が合っておらず、花びらでさえ奥側と手前側はぼけている。焦点が合っている範囲が狭いのである。このような状態を「被写界深度が浅い」という。

同じ内容を指して//被写体深度//と言う表記が用いられることがあるが、これは誤用である。また、//焦点深度//は別の概念で、結像面側における範囲のことである。

2. ピントが合っているとはどういうことか
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理想的な写真レンズにおいてピントが合っていると言うことは、被写体の位置に点光源があると想定したとき、その点光源から放たれた光が、フィルム面ないしは撮像素子表面においてもただ一点にのみ収束するということである。そのような状態は実現できないのであるが、実用上は仮想的な点光源からの光が結像面上でもっとも強く収束するような条件をもって、ピントが合っていると考える。理想的にピントが合っている状態でも、実際のレンズでは諸収差等のため結像面上での像はぼやけ、絞りの形状が円形であるならば点光源からの光が結像面上ではある円形の範囲に広がる。このように、実際にはピントが合っていてもいなくても点光源からの光が結像面上で結ぶ像は円形となり、この円のことを錯乱円と呼ぶ。錯乱円の大きさはレンズの焦点距離と絞り値に依存し、被写体の位置がピントが合っている場所から離れれば離れるほど大きくなる。

錯乱円の大きさが、フィルムに塗布された乳剤中の感光性物質の粒子の大きさや、撮像素子の画素ピッチよりも小さかったならば、ピントが厳密に合っているのかどうかを撮影された画像から区別することは不可能である。また、撮影された画像を鑑賞する際に、錯乱円の大きさが人間の目で見て点と区別がつかないほどに小さければ、その位置でもピントが合っているとみなしてかまわない。そのような最大の大きさを持つ錯乱円のことを特に許容錯乱円と呼び、フィルムや撮像素子のサイズなどによって異なってくる。

2.1. フィルムフォーマットごとの許容錯乱円の一覧
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以下にさまざまなフィルムフォーマットにおける許容錯乱円の大きさについて典型的に使用される大きさを例示する。ただし、これらはあくまでも典型的な数値であり、大きく引き伸ばすときはこれより小さな数値が要求されるし、用途によってはもっと大きな数値で十分な場合もある。



3. 焦点距離・絞りと被写界深度
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一般に被写界深度はレンズの焦点距離、絞り、許容錯乱円の大きさに依存する。具体的には次のように計算される。

はじめに、その距離の被写体にピントを合わせたとき無限遠が被写界深度の後端ぎりぎりに入るような距離を計算する。過焦点距離を//H//、レンズの焦点距離を//f//、レンズの絞り値を//N//、許容錯乱円の直径を//c//とするとその関係は以下のとおりとなる。

つぎに、任意の距離の被写体に焦点を合わせたときの被写界深度の前端と後端をそれぞれ計算する。被写体の距離を//s//、被写界深度の前端後端をそれぞれ//D////N//、//D////F//とすると以下のとおりとなる。

上記の式から以下のことがわかる。

被写界深度はレンズの焦点距離が短いほど深くなる。
被写界深度は絞りを絞り込むほど深くなる。この性質を利用して、トイカメラやレンズつきフィルムなどの多くは、ピント合わせのための機構を省略したパンフォーカスの設定で使用することが多い。

しかしながら、絞り値をあまり大きくすることにも問題がある。ある程度以上絞り込んだ場合、絞りによる光の回折現象によっていわゆる小絞りボケと呼ばれる現象が発生する。許容錯乱円の大きさが小さい、小サイズフォーマットほどこの傾向は顕著となり、デジタルカメラなどで問題とされるケースがある。

また、被写界深度はフィルムフォーマットの影響も受ける。同じ画角で撮影しようとしたとき、焦点距離はフィルムや撮像素子のサイズに比例し、許容錯乱円の直径もまた大雑把にはフィルムのサイズに比例する。前者はフィルムのサイズが小さいほど被写界深度が深くなる影響を及ぼし、後者は逆にフィルムのサイズが小さいほど被写界深度が浅くなる影響を及ぼす。前者の影響は後者の影響よりも大きいため、同じ画角・距離・絞り値で撮影したときの被写界深度はフィルムサイズが小さいほど深くなることになる。デジタルカメラは、既存の35ミリフィルムでの画面サイズよりも小さな撮像素子を使っていることが多いので、被写界深度が深くなり、ボケを生かした撮影などには不向きであるといわれているが、一方パンフォーカスの撮影や奥行きのある被写体のマクロ撮影には向いている。

4. 被写界深度を生かした写真表現
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4.1. パンフォーカス
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冒頭のバラと洋館の写真はパンフォーカスといわれる写真である。被写界深度が深く、近景から遠景まですべてピントが合って見える。

遠くのものも、近くのものもハッキリ写ってほしいという願望は、平均的なカメラ利用者にとって、ごく自然なものといえよう。たとえば、観光地に行って背景と、手前の人物の両方にピントが合っていなければ記念写真としては失格である。そのため、こういう場合は、被写界深度を深くし、手前から遠景までピントを合わせパンフォーカス状態で撮るのが適切である。

できるだけ、広角レンズを用い、絞りを絞り込んで撮影するのが基本である。ただ、絞り込むと、どうしてもシャッター速度が遅くなり、暗いところではブレの原因になる。ある程度、感度を上げてシャッター速度を短縮することも一つの工夫である。また、絞りすぎると、光の回折現象のため小絞りボケが生じるので注意が必要である。

携帯電話のカメラ、コンパクトカメラやレンズ付きフィルムはパンフォーカスに適合して設計されることが多い。

パンフォーカスは、風景写真などによく利用される。またスナップ写真に用いると、ピント合わせの時間が省略でき、シャッターチャンスをつかみやすい。

4.2. ぼけ表現
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逆に、被写界深度を浅くして、主役のみにピントを当て、背景や前景をぼかす写真表現もある。これをボケ表現という。ポートレートなどではこの方法が多用される。望遠レンズを用い、絞りを開き、背景をぼかし、人物を浮かび上がらせるという手法である。花などの写真にも取り入れられている。これは日本発祥の方法で、2000年ごろから諸外国でもBokehという言葉が使われ、斬新な表現手法として注目されているdate=2015-06-24}}。

5. その他
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視力の弱い人が物を凝視するとき目を細めるのは、絞り込んで被写界深度を深く取り、ピントを合わせやすくしている。

ピントの語源はオランダ語で brundpunkt のpunktである。

6. 脚注
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7. 参考文献
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Hummel, Rob . //American Cinematographer Manual//, 8th edition. Hollywood: ASC Press, 2001.

8. 関連項目
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写真レンズ
絞り 
F値
焦点距離
画角
パンフォーカス
ボケ 
焦点合成
小絞りボケ
シャインプルーフの原理

9. 外部リンク
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[2]
[3]
[4]
[5]
[6]: illustrations and terminology for photographers
[7] is true only in some circumstances.