文系のための「デジタル・カメラ」の設定（２）

さて、デジタルカメラにおいて重要な指標の一つとしてF値があった。
これは、焦点距離とレンズ口径から導出され、
光量と被写界深度に関わる指標であった。

今回は、特に被写界深度について、もう少し詳しく考えてみる。
この被写界深度は、少々、計算が複雑ではあるけれど、
焦点距離、F値、被写体距離、錯乱円、の各パラメータを要する。

ここで、さっぱり理解できないのが「錯乱円」という用語である。
この用語を理解するためには、遠回りにはなるけれど、
光とレンズによって像が結ばれる仕組みを理解する必要がある。

既に述べた話ではあるけれど、レンズを通して入った光は、
厳密には一箇所でのみ像を結ぶことになっている。
これは、小学校か中学校で実験した通りである。

焦点が最も合っている地点では、レンズを通して入ってきた光は、
限りなく小さな光の粒（点）としてスクリーンに投影され、
そこから前後して、像として投影される光の粒は大きくなる。

つまり、いわゆる「ピンぼけ」の「ぼけ」は、
入ってきた光の粒の経が大きいために周囲の光と重なり、
はっきりと見えないような状態であると考えられる。

しかしながら、実際には像を結ぶ部分には見た目上の許容範囲があって、
範囲内であれば焦点があっているように見える。
そうした許容範囲の限界のことを「錯乱円」と呼ぶ。

何やら、言葉として理解しにくいが、英語では、
circle of confusion（不明瞭な円）と言う。
こちらの方が解りやすいようにも思える。

では、その範囲はどのように求めることができるのか？

実をいうと、かなり曖昧な定義で、客観的に求めることは難しい。
そもそも、この概念はフィルム・カメラの構造に由来しているもので、
デジタル・カメラの特性を考えると、そのままには当てはまらない。

というのは、フィルム・カメラの場合には、感光物質の粒子の大きさがあって、
その粒子の大きさよりも小さければ許容範囲内とすることができるが、
デジタル・カメラのCCDセンサーでは、そうした区別ができない。

また、製造メーカーや画素数なども関わってくるので、
厳密に求めるには、様々な実験を繰り返す以外に方法は無い。
現状では、フィルム・カメラに35mmフォーマットに換算して考えている。

一般的には、35mmフォーマットの錯乱円の直径は、
0.025〜0.035mm 程度と言われていて、間をとって、
0.03mmを基準として計算することにする。

さて、これで、一番厄介なパラメータのことが決着がついた（？）
として、いよいよ、被写界深度の計算に入って行くことにする。
この式、実は、少々ややこしい。

というのは、被写界深度は、焦点が最もあった位置から、
前側（Tf）と後側（Tr）があって、それらを別々に計算した後に、
二つの結果を足しあわさなければならないのである。







ここで、fが焦点距離、FがF値、Lが被写体距離、δが錯乱円を表す。
この式は、理論的な理屈の結果として導出された最後の式なので、
これだけ見ても内容は解らないが、少なくとも、電卓では計算できる。

焦点距離に関しては、単焦点レンズの場合には、メーカーの仕様で確認でき、
ズームレンズでは、レンズの目盛りで確認するか、最近のものは、
ディスプレイで表示できるものもあるので、そこで確認できる。

どちらの方法も使えない場合は…以下の方法で計算できる。



なお、η（エータ）はセンサの縦長、Lが被写体距離、Hが被写体高であり、
焦点距離と被写体距離の比率と、対象物の高さとセンサの縦長の比率であり、
したがって、対象物の高さ一杯に写真を撮影し、距離を測れば求まる。

ただし、f値は35mmフィルム・カメラに換算する必要があり、
APS-Cという規格の場合、メーカーによって1.5〜1.7倍をする必要がある。
通常は、製品仕様の「35mm換算」という項目を見ることで確認できる。

例えば、SONY α6000に、E 16mm F2.8 という純正レンズを装着し、
F値を2.8で、1メートル先の被写体を撮影しようとした場合、
必要なパラメータを代入すると次のようになる。

• F＝2.8
• δ = 0.030
• f = 16×1.5=24
• L = 1m=1000mm

したがって、






ここで算出された値は単位がミリメートル（mm）なので、
被写界深度は約298.005mmであり、これをメートル単位に変換すると、
焦点が合う範囲は、概ね、0.9m 〜 1.1m の範囲である。

もしも、撮影対象が0.3m よりも厚みがある場合には、F値を上げるか、
対象までの距離を十分に離す必要がある。

ただし、この値はあくまで目安程度であり、絶対的なものではない。
ここで求めた値を参考値として、何回かテスト撮影をすることが望ましい。

最近は、スマートフォンのアプリにも簡易計算ができるものもあり、
そうしたアプリを事前に準備しておくと、現場での作業が効率化できるが、
事前に、焦点距離が35mm換算であるか否かについては確認が必要である。