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ピントは何故合わせなくてはいけないのでしょう。
「ピンとは何故あわせる必要があるのか？」 素朴な質問だと思います。想像ではなく確かなお答えを、できるだけ解り易く教えてください。 理科や科学で習ったときには、レンズの焦点距離の場所に画像は一番はっきりと映し出されていました。 しかし、現実写真機、望遠鏡では被写体との距離によって調整が必要です。フリーフォーカスの双眼鏡がありますが、それは無限大に距離を固定してあり細かい調整は人間の目が行うため近い距離ではピントが合わないようです。 固定焦点のカメラも１M以上離れていないとピンと合わないようです。 焦点の合う深度は、絞りにより光の量を少なくすると深くなり、光の量を増やすと浅くなります。光が拡散しているからですか？ 特に、常に距離を無限大と考えてよさそうな天体をみる天体望遠鏡もピント合わせが必要なのも面白いですね。
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たびたび失礼します（笑） >レンズと被写体との距離によってレンズの焦点距離は何故変化するのか？」理解できていないことに気づきました。 太陽を歩きながら見ても、見える方向は変わりません。太陽が、十分遠い距離にあるからです。 でも、10ｍの距離にある電球を、見る場所を変えると、見える方向が変わってきます。 つまり近くのものは、見る位置によって、光が入ってくる角度が変化するのです。レンズの場合も、レンズの開口部分の中心と、端っこでは、光が入ってくる角度が違います。 カメラのレンズは何枚かのレンズで構成されていますが、全体としては１つの凸レンズとして見ることが出来ます。 まず、無限遠にピントを合わせた状態がそのレンズの「通常の状態」だと考えてください。 天体のようなほぼ無限遠の点光源をレンズの真正面にとらえると、レンズの開口部分の端に入る光は、レンズの向いている方向と平行に入ってきます。 ところが、近距離に豆電球を置くと、開口部分の端に入る光の角度は、レンズの向いている方向とは違ってきます。 「通常の状態」のレンズで、近くの点光源をとらえると、光の円すいが長くなり、フィルム面より後ろに焦点を結びます。 これは、レンズの屈折率が一定だからです。 近くのものを見るとき、人間の目の場合は、筋肉の力でレンズを厚くさせ、焦点位置を前にもって行きます。 カメラのレンズの場合は、内部のレンズを前へ移動させることにより、焦点の位置を前にもっていきます。 昔のカメラでは、レンズ全体を前後させて調整するカメラもあります。
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- SCNK
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「理科や科学の教科書の図ではレンズに対物（被写体）からの光は対物の各点からそれぞれ1本の光がレンズに対して垂直に出ていると仮定しているからレンズの焦点距離に焦点を結ぶのでしょうか。」 垂直に出ていると仮定できるのは、物が無限遠にある場合です。この場合、結像側では焦点距離で焦点を結像します。レンズの中央から同一の距離のところを通った光はちょうど焦点距離を頂点とする円錐を形成することになります。対物側はというと頂点の高さが無限の円錐になるわけです。 それより近い距離の場合、物の１点から発した光はレンズの各所を通過して行くことには変わりありませんが、対物側の円錐は有限の距離となり円錐の底辺の角度は深くなります。そして結像側の円錐は、その分だけ底辺が浅くなり、頂点が高くなるわけです。つまり焦点距離より短いところにフィルムなりＣＣＤなりピントグラスなりを持ってこないと１対１の対応にならないわけですね。 「また、無限大と想定できる距離の場合も対物（被写体）からレンズに対して垂直に近い光しかレンズに届かないため航空写真はピントを固定できるのでしょうか。」 そのとおりです。航空用写真機のフィルム面は常に焦点距離です。（ただし地図作成用とか、遠方を斜めに写すパノラミック写真の場合です。偵察機が低空で高速通過するときに使用する写真機は、スリット式となっており低高度なのでピントも高度によってあわせます。） 「絞りを絞る効果も同様に考えてレンズに対して垂直に出ている光以外の同じ点から出た光をカットする効果があるのでしょか。」 １点から発した光は、レンズのすべての部分をとおります。ですから絞りを絞ろうと、形を変えようと映像には、暗くなる以外の効果は現れません。光束の本数が減るだけだからです。レンズの中央付近の光だけを通すのが通常の絞りの構造ですね。これを究極まで絞ればピンホールカメラです。 「広角レンズの場合は1の点から様々な方向に出ている光とレンズに対して垂直に近い光との誤差が解りにくいのでしょうか。」 まず広角レンズという言い方は通称ではよいのですが、画角との関係を示すことばなので短焦点レンズと言い換えさせていただきます。同じ焦点距離でもフィルム面の大きさで広角（３５ミリフィルムの標準レンズである５０ミリレンズは、ブローニ版では広角レンズ）になるからです。 短焦点レンズは、望遠レンズなどの長焦点レンズに比べて被写界深度が深いという特徴があります。結像側の円錐で考えると、短焦点レンズの焦点距離は低い円錐ですね。この場合多少角度が変わっても円錐の高さはさほど変わりません。しかし長焦点では同じ角度の変化で焦点距離は大きくずれてしまいます。 被写界深度というのは、フィルムなどの面のところで１点の大きさをコンマ何ミリ以下と決めておいて、その大きさまでになる焦点距離の許容誤差のことなのですが、短焦点レンズでは多少角度が変わっても１点の大きさがこの範囲の大きさにに入る、距離範囲が広いということなのです。
お礼
何度も付き合っていただいてありがとうございます。 TXV12003 さんのお答えで理解することができました。そしてSCNKさんのお答えで理解を深めることができました。（と思って言います。） SCNKさんのお答えを読み人間の目のすござを改めて感じました。180度近い視野を持ちながらピント、露出、色温度の調整は素早く、適度な距離感も表現できる。すごいですね。 今回の件で私なりにネット上で見つけたサイトがあります。大きなお世話かもしれませんが。記述しておきます。 http://web.canon.jp/technology/s_labo/light/001/01.html http://www.lensya.co.jp/ ありがとうございました。
もう一つ答えるのを忘れていました。 ＞理科や科学で習ったときには、レンズの焦点距離の場所に画像は一番はっきりと映し出されていました。 ↑レンズの焦点距離の位置ではっきり写るのは、無限遠の風景だけです。 でも、普通写真撮影をする場合、人物や、花など、近くの物も被写体になります。その場合は、ピントを合わす作業が必要になります。
お礼
お答えありがとうございます。
補足
TXV12003さんのANO4での絞りの説明は解りやすく理解を深めることができました。ありがとうございました。 SCNKさんのANO３での補足に書いたようにある程度解ったような気がしていました。 しかし、TXV12003さんの ＞近くの物も被写体になります。その場合は、ピントを合わす作業が必要になります。 を読んで 1点から様々な方向に出る光が焦点距離を調整することにより何故はっきりしてくるのか疑問に思え、 「レンズと被写体との距離によってレンズの焦点距離は何故変化するのか？」理解できていないことに気づきました。
＞焦点の合う深度は、絞りにより光の量を少なくすると深くなり、光の量を増やすと浅くなります。光が拡散しているからですか？ 深度は、光の量ではなく、光が通過する部分の面積によって変わります。 １つの点光源を撮影する時、絞りの開口部が円形だとすると、光は円すい状に、焦点に集中します。 絞りの開口部が小さいほど、円すいは鋭く、細くなります。細い円すいなら、多少ピントがずれても、細いまま、焦点面（フィルムなど）に小さい丸い像を結びます。 ＞常に距離を無限大と考えてよさそうな天体をみる天体望遠鏡もピント合わせが必要なのも面白いですね。 距離は無限大と考えていいのですが、焦点距離は、接眼レンズによって変化しますので、その都度ピントを合わせる必要があります。
- SCNK
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一点が一点に対応しないと画像にならないからです。 ピンホール写真をご存知だとおもいますが、この場合は、穴の大きさが、その一点なので、フィルム上と穴を通って、被写体の関係はすべて一対一で対応しています。よってピントはどの距離でも合うわけです。 しかし光の量が少ないので、もっと大きな開口部をあける代わりにレンズを使用して画像面と被写体に一点を絞りこんでいるわけですね。 レンズを使用する写真機でも、絞りを一杯に絞って、露出時間を長くして、なおかつ広角のレンズで撮影すると、パンフォーカスといって、すべての距離でピントが合う状態になります。 つまりフィルム上の最小の点の大きさが、求める解像度に一致するまで小さくなれば（たとえばピンホール）ピントあわせは必要ないのです。 ただし解像度を上げるためには、レンズの径は大きくなければいけません。それは干渉の問題が生じるからです。穴の直径と波長が１対１なら、７０度の広がりになりますので、とても画像にはなりません。したがってピンホールの大きさも小さすぎると問題があるのです。 天体望遠鏡の場合は、接眼レンズの焦点距離を目にあわせるためではないでしょうか。目の網膜までの距離は個人差があります。航空写真（地図製作）用の写真機はピントは固定です。ただしフィルム面の平面性は厳密ですから、真空ポンプ式などの圧版を使用しています。
お礼
お答えありがとうございます。
補足
NO,１．２の方の補足に書いたように疑問は レンズと被写体との距離によってレンズの焦点距離が変化しているように思えることです。 SCNKさんのお答えの ＞一点が一点に対応しないと画像にならないからです。 ＞航空写真（地図製作）用の写真機はピントは固定です。 から考えて、理科や科学の教科書の図ではレンズに対物（被写体）からの光は対物の各点からそれぞれ1本の光がレンズに対して垂直に出ていると仮定しているからレンズの焦点距離に焦点を結ぶのでしょうか。 また、無限大と想定できる距離の場合も対物（被写体）からレンズに対して垂直に近い光しかレンズに届かないため航空写真はピントを固定できるのでしょうか。 絞りを絞る効果も同様に考えとレンズに対して垂直に出ている光以外の同じ点から出た光をカットする効果があるのでしょか。 広角レンズの場合は1の点から様々な方向に出ている光とレンズに対して垂直に近い光との誤差が解りにくいのでしょうか。 いかがですか。
- a987654
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レンズのピントの合う位置はレンズと被写体の距離により基本的に１点しかありません。 固定焦点レンズのよって一定距離のもとで焦点が合っている（ように見える）のは、 レンズには、被写界深度というのがあって絞りを加えるとボケにくくなる 現象を利用しているからです。 絞りを加えると被写界深度は深くなりますが、画像は暗くなります。 明るい所でつかうことが前提の通常のカメラだから絞りを使う事が出きるのです。 また、通常のカメラにおいても、１０００ｍｍとか言う超望遠レンズを 使う場合にはピント調整が必須です。 天体望遠鏡は通常カメラの超望遠レンズ以上の望遠レンズですから ピント調整が必要なのは当たり前のことです。
お礼
お答えありがとうございます。
補足
質問の仕方が悪かったようです。 例えば、焦点距離５０ミリのレンズの場合 フィルム面に焦点が合う距離はレンズ構成が1枚ならば そのレンズの中心から５０ミリだと思いませんか。 そうならばレンズはフィルム面から５０ミリの位置で固定で良さそうです。 しかし現実は被写体との距離が短いほど細やかなピント調整（レンズとフィルム面との距離の調整）が必要です。 さらに多くのレンズにはピントの合う最短距離が存在します。 これではレンズと被写体との距離によってレンズの焦点距離は変化しているようです。 何故変化するんですか？ 教えて下さい。
- パんだ パンだ（@Josquin）
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ピントが合っていないと、ぼやけて見えるからです。ぼやけて見えてもかまわないなら、ピントを合わせる必要はありません。 ピントが合っている状態というのは、一つの点から出た光が別の経路を通った後、再び一つの点に集まる状態です。 ピントが合っていない状態というのは、一つの点から出た光が別の経路を通った後、一つの点に集まらない状態です。もともと一つの点だったものが一つの点に集まらないので、ぼやけて見えるわけです。 「理科や科学で習ったときには、レンズの焦点距離の場所に画像は一番はっきりと映し出されていました。」というのは勘違いだと思います。
お礼
お答えありがとうございます。
補足
質問の仕方が悪かったようです。 例えば、焦点距離５０ミリのレンズの場合 フィルム面に焦点が合う距離はレンズ構成が1枚ならば そのレンズの中心から５０ミリだと思いませんか。 そうならばレンズはフィルム面から５０ミリの位置で固定で良さそうです。 しかし現実は被写体との距離が短いほど細やかなピント調整（レンズとフィルム面との距離の調整）が必要です。 さらに多くのレンズにはピントの合う最短距離が存在します。 これではレンズと被写体との距離によってレンズの焦点距離は変化しているようです。 何故変化するんですか？ 教えて下さい。
お礼
「光の円すい」と「レンズの屈折率が一定」でやっと理解できました。ありがとうございます。 「レンズの屈折率が一定」だから焦点が合うは位置は被写体との距離によって変化する。解ってみると当たり前ですね。今まで理解できなかったことが馬鹿のようです。 すっきりしました。