焦点深度

焦点深度は、レンズに対する画像面 (カメラのフィルム面) の配置の許容範囲を測定するレンズ 光学概念です。カメラでは、焦点深度はカメラ内でのフィルムの変位の許容範囲を示すため、「レンズとフィルムの許容範囲」と呼ばれることもあります。

焦点深度という語句は、レンズから許容できる焦点距離である被写界深度(DOF)を指すものとして誤って使用されることがありますが、焦点深度の本来の意味は、焦点の合った画像を生成するためにフィルム面またはセンサーが配置されるレンズの後ろの領域を指します。被写界深度は焦点距離に依存しますが、焦点深度は依存しません。

焦点深度には、わずかに異なる 2 つの意味があります。1 つ目は、単一の物体面が許容できるほど鮮明な焦点を維持したまま、像面を移動できる距離です。[1][2] ^[明確化] 2 つ目は、被写界深度の像側共役です。[2] ^[明確化]最初の意味では、焦点深度は像面を中心に対称です。2 番目の意味では、焦点深度は像面の遠い側でわずかに大きくなります。

被写界深度は一般にメートルやフィートなどのマクロ単位で測定されますが、焦点深度はミリメートルの何分の一かやインチの千分の一などのミクロ単位で測定されるのが一般的です。検眼では、焦点深度は通常、ジオプターで測定されます。

被写界深度を決定するのと同じ要因が焦点深度も決定しますが、これらの要因は被写界深度の場合とは異なる影響を与える可能性があります。被写界深度と焦点深度は、絞りが小さいほど大きくなります。遠方の被写体 (マクロ範囲外) の場合、f値が固定であれば、焦点深度は焦点距離と被写体までの距離に比較的影響されません。マクロ領域では、焦点深度は焦点距離が長くなるか被写体までの距離が近くなると大きくなり、被写界深度は小さくなります。

小型カメラでは、錯乱円の限界が小さいため、焦点深度も比例して小さくなります。映画用カメラでは、さまざまなレンズ マウントとカメラ ゲートの組み合わせに、レンズを較正するための正確なフランジ焦点距離測定値があります。

より小さなフォーマットを扱う場合、レンズの後ろにゲルやその他のフィルターを配置するかどうかの選択は、はるかに重要な決定になります。レンズの後ろにアイテムを配置すると、光学経路が変わり、焦点面がずれます。したがって、多くの場合、この挿入は、焦点深度が大きい場合にずれが無視できる程度に補正するために、レンズを絞り込むことと連動して行う必要があります。35 mm映画製作では、レンズが 25 mm より広い場合は、レンズの後ろにフィルターを使用しないことがよく推奨されます。

焦点深度が物体空間内の単一平面に関係する場合、それは^{[1]から計算できる。}

${\displaystyle t=2Nc{\frac {v}{f}},}$

ここで、tは全体の焦点深度、Nはレンズのf値、cは錯乱円、vは像距離、f はレンズの焦点距離です。ほとんどの場合、像距離 (被写体距離と混同しないでください) は簡単には決定できません。焦点深度は、倍率mで表すこともできます。

${\displaystyle t=2Nc(1+m).}$

倍率は焦点距離と被写体までの距離によって異なり、予測が難しい場合もあります。倍率が小さい場合、式は次のように単純化されます。

${\displaystyle t\approx 2Nc.}$

単純な式は計算がはるかに簡単で、多くの場合、正確な式との差は重要ではないため、ガイドラインとしてよく使用されます。さらに、単純な式は常に保守的な側に誤差が生じます (つまり、焦点深度は常に計算値よりも大きくなります)。

歴史的な慣習に従い、錯乱円はレンズの焦点距離を1000で割った値として計算されることがあります（結果は焦点距離と同じ単位になります）。^{[2] [3]} この式は、焦点距離がフォーマットサイズを表す標準レンズ（広角レンズや望遠レンズではなく）の場合に最も意味を成します。この方法は現在では推奨されておらず、フォーマットサイズに基づいて錯乱円を計算する方が一般的です（たとえば、対角線を1000または1500で割る）。^[3]

天文学において、焦点深度とは、波面誤差を生じる焦点ずれの量である。これは次のように計算できる^{[4] [5]}${\displaystyle \Delta f}$${\displaystyle \pm \lambda /4}$

${\displaystyle \Delta f=\pm 2\lambda N^{2}}$。

• ハート、ダグラス C. 1996.カメラアシスタント: 完全なプロフェッショナルハンドブック。ニュートン、マサチューセッツ州: フォーカルプレス。ISBN 0-240-80042-7 
• フンメル、ロブ（編集者）。2001年。アメリカ撮影監督マニュアル、第8版。ハリウッド：ASCプレス。ISBN 0-935578-15-3 
• ラーモア、ルイス。1965 年。写真原理入門。第 2 版。ニューヨーク: Dover Publications、Inc.
• リプソン、スティーブン G.、アリエル リプソン、ヘンリー リプソン。2010 年。光物理学。第 4 版。ケンブリッジ: ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-49345-1 ( 2010 年 10 月発売予定) 
• マクリーン、イアン S. (2008)。天文学における電子画像：検出器と計測機器（第 2 版）。英国チチェスター：Praxis Publishing Ltd. ISBN 978-3-540-76582-0。
• Ray, Sidney F. 2000. 画像形成の幾何学。The Manual of Photography: Photographic and Digital Imaging、第 9 版。Ralph E. Jacobson、Sidney F. Ray、Geoffrey G. Atteridge、Norman R. Axford 編。オックスフォード: Focal Press。ISBN 0-240-51574-9