焦点ずれ収差

光学において、デフォーカスとは、画像が単純に焦点が合っていない状態を指します。この収差は、カメラ、ビデオカメラ、顕微鏡、望遠鏡、双眼鏡などを使用したことがある人なら誰でもよく知っている現象です。光学的に言えば、デフォーカスとは、焦点が検出面から光軸に沿ってずれることを指します。一般的に、デフォーカスは画像の鮮明度とコントラストを低下させます。本来は鮮明で高コントラストであるはずのシーンの輪郭が、ぼやけたグラデーションになってしまいます。シーンの細かいディテールはぼやけたり、見えなくなったりします。ほぼすべての画像形成光学機器には、デフォーカスを最小限に抑え、画質を最大限に高めるための何らかの焦点調整機能が組み込まれています。

焦点移動量に応じた画像のぼけ具合は、レンズのF値に反比例します。f/1.4～f/2.8のような低いF値は、ピントのずれに非常に敏感で、被写界深度が非常に浅くなります。f / 16～f / 32のような高いF値は、ピントのずれに非常に強く、結果として被写界深度が大きくなります。F値の極限はピンホールカメラで、おそらくf / 100～f / 1000で動作し、この場合、ピンホール開口部からの距離に関係なく、ほぼすべての被写体にピントが合います。この極端な被写界深度を実現する代償は、撮像フィルムまたはセンサーでの照明が非常に暗くなること、回折による解像度の制限、および非常に長い露光時間であり、これによりモーションブラーによる画像劣化の可能性が生じます。

許容されるデフォーカス量は、撮像媒体の解像度に関係します。解像度の低い撮像チップやフィルムは、デフォーカスやその他の収差に対してより寛容です。高解像度媒体の性能を最大限に引き出すには、デフォーカスやその他の収差を最小限に抑える必要があります。

デフォーカスはゼルニケ多項式形式で次のようにモデル化されます。${\displaystyle a(2\rho ^{2}-1)}$、 どこ${\displaystyle a}$は、光の波長におけるデフォーカス係数です。これは、頂点で接し、曲率半径が異なる2つの球面波面間の放物線状の光路差に対応します。

位相差電子顕微鏡などの一部のアプリケーションでは、デフォーカス画像に有用な情報が含まれることがあります。さまざまなデフォーカス値で記録された複数の画像を使用して、電子波の強度が三次元空間でどのように変化するかを調べ、この情報から波の位相を推測することができます。これが非干渉位相回復の基礎です。デフォーカス画像を使用する位相回復アルゴリズムの例としては、ゲルヒベルク・サクストンアルゴリズムや、強度輸送方程式に基づくさまざまな方法などがあります。

日常会話では、 「ぼやけ」という言葉は視力の低下全般を指すのに使われることがあります。しかし、臨床現場では、ぼやけた視界とは、眼内の光学的焦点ずれ、つまり屈折異常を主観的に感じたり認識したりする状態を指します。ぼやけの感じ方は、屈折異常の程度や種類によって異なります。以下に、屈折異常によって生じる可能性のあるぼやけた画像の例をいくつか示します。

視力のぼやけ具合は、視力表で視力を測定することで評価できます。ぼやけた視力は、矯正レンズで網膜に光を集中させることで矯正されることがよくあります。これらの矯正は、拡大縮小、歪み、色のにじみ、奥行き知覚の変化など、望ましくない影響をもたらすことがあります。眼科検査では、患者の視力は、矯正なし、現在の矯正あり、屈折矯正後に測定されます。これにより、検眼医または眼科医（「眼科医」）は、屈折異常が患者の視力の質をどの程度制限しているかを判断できます。スネレン視力6/6または20/20、または小数値1.0は、平均的な人間の鮮明な視力とみなされます（若い成人はその値のほぼ2倍になることがあります）。それよりも低い最良矯正視力は、屈折異常の矯正以外にも視力に制限があることを示しています。

• ボケ
• ぼやけから形状を捉える

• スミス、ウォーレン J.、『現代光学工学』、マグロウヒル、2000 年、第 11 章、ISBN 0-07-136360-2