カメラのレンズの焦点は正確な点ですか、それとも範囲ですか？

特定の焦点距離でのレンズの焦点が正確な点なのか、それとも数ミリメートル以内の範囲なのかとよく疑問に思いました。これは、手動で焦点を合わせるときにさらに重要になります。カメラの焦点からどれくらい離れていても、被写体はくっきりと表示されますか？

最も焦点が合っている距離は1つだけです。その距離の前後のすべてがぼやけています。焦点距離から離れるほど、ぼやけた物になります。質問は次のようになります。「どれだけぼやけているか。それは許容範囲内ですか？焦点距離からどれだけ遠くにあると、物は許容できないほどぼやけてしまいますか？」

私たちが呼ぶ（DOF）被写界深度は、目の前にあるとされている注目のポイントの背後にある距離の範囲で許容可能ぼやけ彼らの焦点が合っているようなものがまだ見えるように、。

被写界深度の量は、合計倍率と絞りの2つに依存します。合計倍率には、焦点距離、被写体/焦点距離、拡大率（センサーサイズとディスプレイサイズの両方によって決定されます）、および表示距離が含まれます。ビューアの視力も、ぼやけているのではなく、焦点が合っているように見えるほど許容できるほど鮮明なものに寄与します。

焦点距離の前後の被写界深度の分布は、主に焦点距離と焦点距離など、いくつかの要因に依存します。

焦点距離が変わると、任意のレンズの比率が変わります。ほとんどのレンズは、最短焦点距離で1：1に近づきます。焦点距離が長くなると、後方の被写界深度は前方の被写界深度よりも速く増加します。比率が1：2になる焦点距離が1つあります。つまり、焦点の3分の1と焦点の2/3後ろになります。

短い焦点距離では、比率は1：1に近づきます。画像を投影する対象と同じサイズのセンサーまたはフィルムに仮想画像を投影できる真のマクロレンズは、1：1の比率を実現します。マクロフォーカスを達成できないレンズであっても、最短フォーカス距離で1：1に非常に近い比率を示します。

焦点距離が長くなると、被写界深度の後部が無限遠に到達するため、前部と後部のDoFの比率は1：∞に近づきます。後方自由度が無限大に達する最短焦点距離は、過焦点距離と呼ばれます。近い被写界深度は、焦点距離の半分に非常に接近します。つまり、DoFの最も近いエッジは、カメラと焦点距離の中間になります。

また、過焦点距離は、それが基づいている被写界深度の概念のように、かなり持続的なものではありますが、実際には単なる幻想であることを覚えておく必要があります。単一の距離のみが最も鮮明な焦点になります。私たちが被写界深度と呼んでいるのは、最も鋭い焦点のどちらかの側にある領域で、ぼやけているため、まだはっきりと見えています。過焦点距離は、焦点距離、絞り、倍率/ディスプレイサイズ、表示距離など、DoFに影響する要素の変更に基づいて変化することに注意してください。これが当てはまる理由については、以下を参照してください。

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カメラから少し離れた壁を想像してください。奥行きのない平らな壁で、正面を向いています。レンズのフォーカスはそのようなものです。その正確な平面のすべてにフォーカスがあります。

（これは単純化です。実際のレンズの場合、これは完全に平坦ではありません。実際には、避けられない多くの光学収差が完璧を保ちますが、基本的な理解には、平坦な平面の概念で十分です。）

したがって、最も鮮明な焦点はその平面です。カメラのフォーカスポイントは、コントラストを上げる場所をフォーカスシステムに指示するために使用されます（オートフォーカスが機能している場合）、同じ平面内のすべてのオブジェクトにも鮮明な焦点を合わせる必要があります。近くに焦点を合わせると、「壁」を自分に近づけるようなものです。遠くに焦点を合わせると、押し戻されます。カメラは、同じ平面にない複数の点に焦点を合わせることができません。ただあります1の焦点距離が。（オートフォーカスシステムは複数のフォーカスポイントを提供しますが、これらはフォーカスする可能性のあるフレームの異なる領域にすぎません。それらのポイントにあるオブジェクトが異なる距離にある場合、1つのポイントのみが完全にフォーカスすることができます。）

しかし、シャープフォーカスはすぐにそれから認識できないぼけに行きません。センサー上で鋭いはずの各点は実際には小さな円であり、完全から遠ざかるほど、その小さな円は大きくなります。（「混乱の輪」とは何ですか？を参照してください）。

円が検出できるよりも小さい場合（センサーのピクセルよりも小さい場合、または最終的な印刷で目で確認できるよりも小さい場合など）、シャープフォーカスの理想的な「壁」から近いまたは離れている可能性があります。文字通り完璧なシャープネスと見分けがつかない。さらに、カメラやイメージングシステムの制限外であっても、非常にわずかなぼかしがあり、「十分に良好」と認められます。これが被写界深度の概念です。厚さのない平面ではなく、焦点が合っている距離よりも近く、奥行きのある想像上の厚い壁を考えてください。そのすべてが「被写界深度内」にあるため、焦点が合っていると見なされます。

（しかし、この架空の厚い壁には境界線が硬いという考えを間違えないでください。境界線が明確な判断の呼び名である「ソフト」ゾーンです。）

一般に、開口部が小さい（F値が大きい）ほど、被写界深度が深くなります。（技術的には、大きなアパーチャを使用すると、焦点外の領域がよりぼやけるのはなぜですか？）

幾何光学は、レンズは特定の焦点で物体の鮮明な画像しか形成できないことを表現することを教えてくれます。距離が近いまたは遠いオブジェクトは、ぼやけたように見えます。ただし、一般的な観察の問題として、焦点が合っている距離の前後のオブジェクトは、はっきりと焦点が合っているように見えます。その理由は、許容できるほどシャープに再現する焦点の前後にスパンが存在するためです。このスパンは「被写界深度」と呼ばれます。

レンズは、被写体の各ポイントを個別に処理します。要するに、私たちはスポットについて話しているので、小さなものは次元をもたない。レンズの仕事は、この点のイメージをイメージプレーンに投影することです。補正されていない収差が残り、焦点が不十分であるため、点のイメージが点として再現されることはありません。代わりに、すべてのポイントが円として再現されます。これらはスカラップの境界を持ち、隣接する錯乱円と並んで並ぶため、錯乱円と呼ばれます。

これらの円のサイズは、画像をぼんやりしたシャープまたはぼやけたもののどちらとして発音するかを決定する要素です。円が小さく、円として解決する能力を下回っている場合は、画像を「シャープ」と発音します。これらのイメージポイントが無次元のポイントではなく、円として表示される場合、イメージをシャープでないと発音します。良好な視力を持つ平均的な人が写真を明るい場所で見る場合、これらの錯乱円は2/100インチ（½mm）以下でなければなりません。20インチから見たとき

これは「被写界深度」に関するものです。

センサーが完全な球面であり、中心が焦点面にある場合、特定の各波長と各レンズ前面半径（レンズの完全な半径対称性を想定）の場合、焦点は正確な距離になります。待ってください、そうではありません。また、単色光も扱っていません。また、さまざまなフロントレンズ半径の焦点距離が完全に一致しない場合、開口部ごとに異なるパフォーマンスが得られます。

被写界深度は、完全なレンズモデルと許容可能な「混乱の輪」を想定して計算されます。真実はレンズが完璧ではないということです。したがって、「混乱の輪」は、実際には色の縦（および横）収差と球面収差、およびレンズ収束の問題によって小さくなり、これらすべてが、センサーの解像度に関係なく、意味のあるシャープネスレベルを区別できない範囲を決定します。

「混乱の円」に基づく被写界深度の計算には、明確な数値から作業できるという利点があります（少なくとも、固定ピクセルピッチのデジタルセンサーを使用する場合）。光学系の品質を考慮に入れません。光学系が、焦点距離の単一点からセンサー上の単一点に実際に収束するすべての可視波長で全開口部を通して光を通過させることができた場合（実際には、光子変換面の深さがゼロではないため、別のスパナを投入します）作品）、正確な焦点距離について話すことができます。