被写界深度

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

非常に浅い被写界深度の例

被写界深度（ひしゃかいしんど）とは、写真技術においてピントが合っているように見える領域のこと。理想的な写真用レンズにおいては、ある一つの設定で厳密な意味でピントが合っている場所は、一つの平面上にしかないが、その前後にも十分にはっきりと像を結んでいるように見える範囲があり、その範囲のことを被写界深度と呼んでいる。被写界深度は、ピントが厳密に合っている場所の前後に広がるが、その広がりは撮影者から見て手前側よりも奥側のほうが広い。

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。

被写界深度は英語でDepth of fieldといい、略称はDOFである。バックフォーカスを示すDepth of focusと混同されることが多いので注意が必要である。

[編集] ピントが合っているとはどういうことか

ピントが合っている場合、蝶はシャープに見え、あっていない場合はぼやけて見える

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集中するということである。実際のレンズでは、諸収差のため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フィルム面上でもっとも強く収束するような条件を持って、ピントが合っていると考える。ピントが合っている状態から、先の仮想的な光源を前後に動かすとフィルム面上での像はよりぼやけることとなる。絞りの形状が円形であるならば点光源からの光がフィルム面上ではある円形の範囲に散らばる。このように、一般的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フィルム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、被写体の距離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。

[編集] フィルムフォーマットごとの許容錯乱円の一覧

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。

写真フィルム用フォーマット

フィルムフォーマット	フィルムのサイズ	許容錯乱円の直径
小サイズ
APS-CTemplate:Fn	22.5mm x 15.0 mm	0.019 mm
35mm	36 mm x 24 mm	0.026 mm
中判
645	56 mm x 42 mm	0.043 mm
6x6	56 mm x 56 mm	0.049 mm
6x7	56 mm x 69 mm	0.055 mm
6x9	56 mm x 84 mm	0.062 mm
6x12	56 mm x 112 mm	0.077 mm
6x17	56 mm x 168 mm	0.109 mm
大判
4x5	102 mm x 127 mm	0.100 mm
5x7	127 mm x 178 mm	0.135 mm
8x10	203 mm x 254mm	0.200 mm

[編集] 焦点距離・絞りと被写界深度

一般に被写界深度は焦点距離、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焦点深度の後端ぎりぎりに入るような距離（これを過焦点距離と呼ぶ）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

$H = \frac {f^2}{Nc}$

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

$D_N = \frac {s(H - f)}{H + s - 2f}$

$D_F = \frac {s(H - f)}{H - s}$

となる。

上記の式を見ればわかるように、被写界深度は焦点距離が短いほど、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。このため、同じ画角同じ距離同じ絞り値で撮影したときの焦点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。デジタルカメラなど、既存のフィルムサイズよりもずっと小さな撮像素子を使っているので非常に被写界深度が広くなり、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。