
被写界深度(DOF )とは、カメラで撮影した画像において、許容範囲内の鮮明さでピントが合っている最も近い被写体と最も遠い被写体の間の距離のことです。関連する用語として、焦点深度も参照してください。

一度に 1 つの被写体距離にしか焦点を合わせることができないカメラの場合、被写界深度は、画像内で許容できるほど鮮明に焦点が合っている最も近い被写体と最も遠い被写体の間の距離です。[ 1 ] 「許容できるほど鮮明な焦点」は、「錯乱円」と呼ばれる特性を使用して定義されます。
被写界深度は、焦点距離、被写体(撮影対象物)までの距離、許容される錯乱円の大きさ、および絞りによって決定されます。[ 2 ]おおよその被写界深度は次のように表されます。
与えられた最大許容錯乱円直径c、焦点距離f、f 値N、および被写体までの距離uに対して。[ 3 ] [ 4 ]
距離や錯乱円の大きさが大きくなると被写界深度は深くなりますが、絞りを大きくする(つまりF値を小さくする)か焦点距離を長くすると被写界深度は浅くなります。被写界深度はF値と錯乱円の大きさに比例して変化しますが、被写体までの距離の2乗に比例し、焦点距離の2乗に反比例して変化します。そのため、極めて近距離(つまりuが非常に小さい)で撮影した写真は、被写界深度が相対的に非常に浅くなります。
被写界深度の式を整理すると、被写界深度に影響を与えるのは距離と焦点距離の比率であることがわかります。
ご了承ください横倍率とは、横方向の画像サイズと横方向の被写体サイズの比のことである。[ 5 ]
イメージセンサーのサイズは、被写界深度に直感に反する影響を与えます。錯乱円はセンサーのサイズに直接関係しているため、焦点距離と絞りを一定に保ったままセンサーのサイズを小さくすると、被写界深度は(クロップファクター分)減少します。結果として得られる画像は、異なる視野角になります。ただし、絞りを一定に保ったまま焦点距離を変更して元の視野角を維持すると、被写界深度は錯乱円に反比例して増加します。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
被写体のフレーミングとカメラの位置が一定の場合、被写界深度はレンズの絞り径によって制御され、通常はf値(レンズの焦点距離と絞り径の比)で表されます。絞り径を小さくする(f値を大きくする)と被写界深度が深くなります。これは、浅い角度で進む光だけが絞りを通過するため、浅い角度の光線円錐だけが像面に到達するからです。言い換えれば、錯乱円が小さくなり、被写界深度が深くなります。[ 10 ]
焦点面における被写体像のサイズが一定の場合、どの焦点距離のレンズでも同じf 値であれば同じ被写界深度が得られます。[ 11 ]これは、上記の被写界深度の式から、像のサイズが一定の場合、比u / fが一定であることに注目すれば明らかです。たとえば、焦点距離を 2 倍にすると、被写体像のサイズを同じに保つために被写体距離も 2 倍になります。この観察結果は、「焦点距離は f 値よりもデフォーカスに 2 倍重要である」という一般的な考え方[ 12 ]とは対照的です。これは、像のサイズが一定ではなく、被写体距離が一定の場合に当てはまります。
映画では絞り制御は限定的にしか使用されません。ショットごとに一貫した画質を得るために、撮影監督は通常、屋内(建物内のシーンなど)と屋外(建物の外のシーンなど)でそれぞれ異なる絞り値を設定し、カメラフィルターや光量調整によって露出を調整します。一方、静止画では、被写界深度の変化を利用して様々な特殊効果を生み出すため、絞り値の調整がより頻繁に行われます。
正確なピント合わせは、レンズから一定の距離にある場合にのみ可能です。[ a ]その距離では、点状物体は小さな点像を生成します。それ以外の場合、点状物体は、通常ほぼ円形の、より大きな、またはぼやけた点像を生成します。この円形の点が十分に小さい場合、視覚的には点と区別がつかず、ピントが合っているように見えます。点と区別がつかない最大の円の直径は、許容錯乱円、または非公式には単に錯乱円として知られています。
許容される錯乱円は、最終画像がどのように使用されるかによって異なります。25 cm 離れた場所から見た画像の場合、錯乱円は 0.25 mm とするのが 一般的です。[ 14 ]
35 mm映画の場合、フィルム上の画像領域はおよそ 22 mm × 16 mm です。許容誤差の限界は従来、直径0.05 mm (0.0020インチ)に設定されていましたが、サイズが約半分の16 mm フィルムでは、許容誤差はより厳しく、 0.025 mm (0.00098インチ)となっています。[ 15 ] 35 mm 制作のより現代的な慣行では、錯乱円の限界を0.025 mm (0.00098インチ)に設定しています。[ 16 ]
「カメラの動き」という用語は、レンズホルダーとフィルムホルダーの回転(現代の用語ではスイングとチルト)とシフト調整を指します。これらの機能は1800年代から使用されており、ビューカメラ、テクニカルカメラ、チルト/シフトまたはパースペクティブコントロールレンズを備えたカメラなどで現在も使用されています。レンズまたはセンサーを回転させると、焦点面(POF)が回転し、許容焦点フィールドもPOFとともに回転します。また、被写界深度の基準によっては、許容焦点フィールドの形状も変化します。回転をゼロに設定したカメラの被写界深度の計算は1940年代以前から議論、定式化、文書化されてきましたが、回転がゼロでないカメラの計算の文書化は1990年に始まったようです。
回転角がゼロのカメラの場合よりも、回転角がゼロでない場合の被写界深度の基準を設定し、計算を行う方法は多岐にわたります。被写体が焦点から遠ざかるにつれて鮮明度は徐々に低下し、ある仮想的な平面または曲面では鮮明度の低下が許容範囲を超えます。写真家の中には計算や表を用いる人もいれば、機材に目盛りを付ける人も、画像をプレビューして判断する人もいます。
POFが回転すると、被写界深度の近端と遠端は、カメラに最も近い楔形の頂点を持つ楔形であると考えることができます。または、POFに平行であると考えることもできます。[ 17 ] [ 18 ]
従来の被写界深度公式は、実際には使いづらい場合があります。代替案として、焦点距離とF値に関係なく、同じ有効計算を行うことができます。[ b ]モーリッツ・フォン・ロールと後にメルクリンガーは、特定の状況では、有効絶対開口径を同様の公式に使用できることを指摘しました。[ 19 ]
さらに、従来の被写界深度の計算式では、近景と遠景の物体に対して許容できる錯乱円が等しいと仮定しています。メルクリンガー[ c ]は、遠景の物体ははっきりと認識できるようにするためにははるかにシャープである必要があるのに対し、近景の物体はフィルム上では大きいため、それほどシャープである必要はないと示唆しました。[ 19 ]遠景の物体のディテールの喪失は、極端な拡大では特に目立つ場合があります。遠景の物体でこの追加のシャープさを得るには、通常、過焦点距離を超えて、場合によってはほぼ無限遠に焦点を合わせる必要があります。たとえば、前景に交通標識柱がある都市景観を撮影する場合、メルクリンガーがオブジェクトフィールド法と呼んだこのアプローチでは、無限遠に非常に近いところに焦点を合わせ、標識柱が十分にシャープになるように絞り込むことを推奨します。このアプローチでは、前景の物体を常に完全にシャープにすることはできませんが、遠景の物体の認識が最優先される場合は、近景の物体のシャープさの喪失は許容できる場合があります。
アンセル・アダムスなどの他の著者は反対の立場を取り、前景の被写体のわずかなぼやけは、シーンの遠景のわずかなぼやけよりも通常はより気になると主張している。[ 20 ]
見かけの被写界深度を変更できる方法や機器もあり、画像作成後に被写界深度を決定できるものもあります。これらは、計算画像処理に基づいているか、またはそれをサポートしています。たとえば、フォーカススタッキングは、異なる平面に焦点を合わせた複数の画像を合成し、個々のソース画像よりも見かけの被写界深度が大きい(または必要に応じて小さい)画像を生成します。同様に、物体の3次元形状を再構築するために、異なる被写界深度を持つ複数の写真から深度マップを生成できます。XiongとShaferは、部分的に「... 焦点距離とデフォーカス距離の精度の向上により、効率的な形状復元方法につながる可能性がある」と結論付けています。[ 21 ]
別のアプローチとしてフォーカススイープがあります。焦点面を1回の露光中に関連範囲全体にわたってスイープします。これによりぼやけた画像が生成されますが、畳み込みカーネルは被写体の深度にほとんど依存しないため、計算による逆畳み込み後にはぼやけがほぼ完全に除去されます。これには、モーションブラーを劇的に低減するという利点もあります。[ 22 ]
光走査フォトマクログラフィー(LSP)は、マクロおよびミクロ写真における被写界深度の制限を克服するために使用されるもう1つの技術です。この方法により、優れた被写界深度で高倍率イメージングが可能になります。LSPでは、光平面に垂直な可動ステージに取り付けられた被写体に対して、薄い光平面を走査します。これにより、最も近い部分から最も遠い部分まで被写体全体がシャープにピントが合った状態が維持され、1枚の画像で包括的な被写界深度が得られます。1960年代に最初に開発され、1980年代と1990年代にさらに改良されたLSPは、デジタルフォーカススタッキングが普及する以前は、科学および生物医学写真で特に価値がありました。[ 23 ] [ 24 ]
他の技術では、レンズ設計と後処理の組み合わせが用いられています。波面符号化は、光学系に制御された収差を加えることで、後処理で焦点と被写界深度を改善できる方法です。[ 25 ]
レンズ設計はさらに変更可能で、カラーアポダイゼーションでは、各カラーチャンネルのレンズ絞りが異なるようにレンズが変更されます。たとえば、赤チャンネルはf /2.4、緑チャンネルはf /2.4、青チャンネルはf /5.6となる場合があります。そのため、青チャンネルは他の色よりも被写界深度が深くなります。画像処理では、赤チャンネルと緑チャンネルのぼやけた領域を特定し、これらの領域に青チャンネルのよりシャープなエッジデータをコピーします。その結果、異なるf値から最良の特徴を組み合わせた画像が得られます。[ 26 ]
極端な例として、プレノプティックカメラはシーンに関する4次元の光場情報を捉えるため、撮影後に焦点や被写界深度を変更することが可能です。
回折は、高いf 値(つまり、絞りの開口サイズが狭い) で画像の鮮明度を低下させ、したがって潜在的な被写界深度を制限します。[ 27 ] (この効果は、おおよその被写界深度値を与える上記の式では考慮されていません。) 一般的な写真撮影では、これはめったに問題になりません。大きなf 値では、許容できる画像の明るさを得るために通常長い露光時間が必要となるため、モーションブラーによる鮮明度の低下は、回折による低下よりも大きくなる可能性があります。しかし、回折はクローズアップ撮影ではより大きな問題となり、写真家が非常に小さな絞りで被写界深度を最大化しようとすると、画像全体の鮮明度が低下する可能性があります。[ 28 ] [ 29 ]
ハンスマとピーターソンは、個々のぼけスポットの平方根の組み合わせを使用して、デフォーカスと回折の複合効果を決定することについて議論しました。[ 30 ] [ 31 ]ハンスマのアプローチは、可能な限り最大のシャープネスが得られるf値を決定し、ピーターソンのアプローチは、最終画像で望ましいシャープネスが得られる最小のf値を決定し、望ましいシャープネスが達成できる最大の被写界深度をもたらします。 [ d ]組み合わせると、2つの方法は、特定の状況で最大および最小のf値を与えるものと見なすことができ、写真家は条件(たとえば、潜在的なモーションブラー)が許す限り、範囲内の任意の値を自由に選択できます。ギブソンは同様の議論を行い、さらにカメラレンズの収差、拡大レンズの回折と収差、ネガ乳剤、および印刷用紙のぼけ効果を考慮しています。[ 27 ] [ e ]クージンは、最適なf値についてハンスマのものとほぼ同じ式を与えましたが、その導出については議論しませんでした。[ 32 ]
ホプキンス[ 33 ]、ストークセス[ 34 ]、ウィリアムズとベックランド[ 35 ]は、変調伝達関数を使用して複合効果について議論した。[ 36 ] [ 37 ]
多くのレンズには、特定の焦点距離とF値における被写界深度を示す目盛りが付いています。画像にある35mmレンズはその典型例です。このレンズには、フィートとメートルで距離目盛りが付いています。大きな白いインデックスマークの反対側に目盛りが付いた距離を設定すると、その距離にピントが合います。距離目盛りの下にある被写界深度目盛りには、インデックスマークの両側にF値に対応する目盛りが付いています。レンズを特定のF値に設定すると、被写界深度はF値の目盛りに対応する距離の間に広がります。
写真家はレンズの目盛りを使って、希望する被写界深度から逆算して必要な焦点距離と絞り値を求めることができます。[ 38 ]図示されている35mmレンズの場合、被写界深度を1mから2mまで広げ たい場合は、インデックスマークがそれらの距離のマークの中央に来るように焦点を合わせ、絞り値をf /11に設定します。[ f ]
ビューカメラでは、被写界深度を測定して簡単な計算を行うことで、焦点とF値を取得できます。一部のビューカメラには、写真家が計算する必要なく焦点とF値を表示する被写界深度計算機が搭載されています。 [ 39 ] [ 40 ]


光学および写真において、過焦点距離とは、レンズからそれより遠いすべての物体を「許容できる」焦点距離に収めることができる距離のことです。過焦点距離は最大の被写界深度を与える焦点距離であるため、固定焦点カメラの焦点を設定するのに最も望ましい距離です。[ 41 ]過焦点距離は、どの程度のシャープネスが許容できると考えられるかによって完全に異なります。
過焦点距離には「連続被写界深度」と呼ばれる性質があり、レンズから過焦点距離Hにある物体に焦点を合わせたレンズは、 H /2から無限遠までの被写界深度を持ちます。レンズをH /2に焦点を合わせると、被写界深度はH /3からHになります。次にレンズをH /3に焦点を合わせると、被写界深度はH /4からH /2になります。
トーマス・サットンとジョージ・ドーソンは1867年に初めて過焦点距離(または「焦点範囲」)について記述した。[ 42 ]ルイス・デールは1906年に過焦点距離の公式を導出した最初の人物かもしれない。ルドルフ・キングスレイクは1951年に過焦点距離を測定する2つの方法について記述した。
カメラによっては、フォーカスダイヤルに過焦点距離がマークされているものがあります。例えば、ミノックスLXのフォーカスダイヤルには、赤いドットが…2 mから無限遠まで。レンズを赤い点に合わせると、つまり過焦点距離に焦点を合わせると、被写界深度は 2 m から無限遠まで広がります。2mから無限遠まで。一部のレンズには、特定の F値に対する過焦点範囲を示す目盛りがあり、これは被写界深度スケールとも呼ばれます。[ 43 ]
被写体より遠方の被写界深度は、常に被写体より手前の被写界深度よりも深くなります。被写体が過焦点距離またはそれより遠い位置にある場合、遠方の被写界深度は無限大となるため、比率は1:∞となります。被写体との距離が短くなるにつれて、近方と遠方の被写界深度の比率は増加し、高倍率では1に近づきます。一般的なポートレート撮影距離で大口径レンズを使用した場合、比率は依然として1:1に近い値となります。
このセクションでは、被写界深度を評価するための追加の公式をいくつか紹介しますが、それらはすべて大幅な簡略化の仮定に基づいています。例えば、ガウス光学の近軸近似を仮定しています。これらは実用的な写真撮影には適していますが、レンズ設計者ははるかに複雑な公式を使用します。
与えられた近距離および遠距離被写界深度限界D NおよびD Fに対して、焦点が次の値に設定されている場合、必要なf 値は最小になります。
近距離と遠距離の調和平均。実際には、これは浅い被写界深度の場合の算術平均に相当します。[ 44 ]ビューカメラのユーザーは、 v N − v F の差をフォーカススプレッドと呼ぶことがあります。[ 45 ]
被写体が距離sにあり、前景または背景が距離Dにある場合、被写体と前景または背景との間の距離を次のように表す。
被写体から距離x dにあるディテールのぼけ円盤直径b は、被写体の倍率m s、焦点距離f、f 値N、または絞りdの関数として表すことができる。
マイナス記号は前景オブジェクトに適用され、プラス記号は背景オブジェクトに適用されます。
ぼけ具合は被写体からの距離が遠くなるほど大きくなります。bの値が錯乱円よりも小さい場合、細部は被写界深度内に収まります。
アダムス、アンセル。1980年。
『カメラ
』