f値によってボケの大きさが変わる理由をイメージ図付きで解説

f値を変えるとボケの大きさが変わるのは、皆さんご存じかと思います。

では、ボケの大きさが変わる理由をご存じでしょうか?

ポイントは「f値を変えることでセンサ上に結像せずに到達した光の幅が変わるから」です。

一眼カメラ歴10年の私は、今までなんとなく理解していたつもりだったのですが、より理解を深めるために原理を本記事内で整理してみました。

「f値によってボケの大きさが変わる」という事実を知っているだけで、撮影時にボケの大きさを操ることは出来ますが、その理由まで知っていたら、撮影するのがもっと楽しくなりますよね。(そして知らない人にうんちく的に話して注目されること間違いなし!)

言葉による説明だけでなく、直感的に理解しやすいイメージ図を作図したため、皆様も直感的に理解しやすい記事になっているかと思いますので、よろしければご覧ください。

f値そのものについて知りたい方は下記の記事が参考になります。

目次

結論:f値を変えるとボケの大きさが変わる理由(早く結論が知りたい人用)

f値を変えるとボケの大きさが変わる理由を作図すると下記のようになります。

緑矢印がピントが合っている被写体、オレンジ矢印がボケている背景としています。(※直感的に理解しやすいようにGIF動画になっています。)

絞りが絞られるほど、センサ上に到達する光の幅(=ボケ)が小さくなり、ボケが小さくなるのが分かります。(図の赤線の幅)

この現象の詳細について、中学校で習ったレンズの仕組みからこれ以降で説明していきます。

中学校の理科で習ったレンズの仕組み

レンズの仕組みは中学生のときに習われた方が多いかと思いますが、下記のような作図を目にしたのではないでしょうか?

今回はこの図を派生させてf値によってボケの大きさが変化する理由を解説していきます。

まずは簡単にレンズの仕組みについて説明します。(知っている方は飛ばしてOKです)

レンズには「焦点」と呼ばれる点があります。

光軸(図の横に伸びている、レンズの中心をとおる線)と平行にレンズに入射する光が屈折して、ある一つの点に必ず集まるのですが、これが焦点です。

カメラのレンズには「焦点距離」がそれぞれありますが、これはレンズから焦点の距離のことです。(焦点距離が長いほど、レンズから焦点までの距離が長い)

また、レンズに入射する光には下記の3つの特性があります

  • 光軸に平行な光がレンズに入射すると、光はレンズの反対側の焦点を通る(図のレンズ上側を通る光)
  • 光がレンズの焦点を通ってからレンズに入射すると、光は光軸に平行に進む(図のレンズ下側を通る光)
  • レンズの中心を通る光は屈折せずに直進する(図では省略)

このような特性により、図のようにイメージセンサ上の1点に光が集まるとピントが合います。(図ではレンズ中心を通る光は省略)

イメージセンサ上でピントが合う場合は、実際の被写体がさかさまになった状態になりますが、これを倒立実像と呼んでいます。

「ボケ」はセンサ上で結像せずに届いた「光の幅」

それでは次に、ボケるとはどういうことか説明していきます。

先ほどは被写体にピントが合っている状態の説明でしたが、今度はピントが合っていない背景で説明します。

図のオレンジ色矢印を背景として、先ほど説明したレンズを通る光の特性通りに作図してみます。

すると、イメージセンサ上ではなくその手前で結像(1点に集まる)し、センサ上では光が幅を持った状態で到達しました。(図の赤線の幅)

この光の幅がピントが合っていない状態を示し、つまりはボケを表します

光の幅が大きいほどボケが大きくなり、小さいほどボケが小さくなります。

光の幅が無い状態がピントが合った状態です。

背景にピントを合わせるためにはレンズを動かす

先ほどは背景がボケていましたが、これにピントを合わせるためにはどうすればよいでしょうか。

皆さんはカメラでピントを合わせるときはレンズのリングを回してマニュアルフォーカスを、もしくはカメラのオートフォーカスを使用すると思います。

どちらもやっていること自体は同じで、レンズを動かすことで光が1点に集まる位置(=ピントが合う位置)を調節しているのです。

上記図では、レンズの位置を動かすことで、元々ピントがずれていた背景にピントを合わせることが出来ました。

マニュアルフォーカスはリングを回すことでレンズの位置を手動で調整し、オートフォーカスはカメラ内のセンサによってピントを合わせる位置を検出し、自動でレンズの位置を調節しています。

f値を変えるとセンサ上に届く「光の幅」が変化する ⇒ ボケの大きさが変わる

やっと本題ですが、ここではf値を要素を取りいれたときのボケの変化を説明します。

レンズの位置は初期状態(背景がボケた状態)に戻し、さらに説明簡単化のために、レンズと被写体の間に絞りを挿入してみます。(本来はレンズとレンズの間に絞りがあります)

すると先ほどまでレンズの端付近を通っていた光が絞りにより遮られ、センサに届く光はレンズ中心近くを通るもののみに絞られました。

次にセンサに届く光の幅を見てみると、絞りが無かった時と比較して、光の幅が小さくなっているのに気づくと思います。

光の幅はボケを表し、その大きさによってボケの大きさが変化するということを先ほど説明しましたが、この図によって、絞るとボケが小さくなる、ということが説明できました。

直感で理解しにくい方は下記のGIF動画を見ていただけると、理解しやすいかと思います。

絞りが絞られるほど、光の幅が小さくなりボケが小さくなるのが分かります。

まとめ

本記事では、f値が変わるとボケの大きさが変わる理由について、中学生で習ったレンズの仕組みを復習したうえで、理解しやすいようにイメージ図付きで説明しました。

絞りを絞ると暗くなるのは直感的に理解しやすいですが、ボケの大きさが変わるのはなかなか理解しにくいと思います。

一度説明を見ると理解できた感覚になりますが、自分で作図してみようとすると実は理解しきれておらず、意外と出来ないことが多いと思いますので、腹に落ちるまで何度も説明や図を見返すことをお勧めします。

皆様の理解の一助になれれば幸いです。

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