焦深是在物面固定时，像面沿轴向偏离参考像面而成像仍满足指定判据的允许范围，属于像空间量。应明确使用几何弥散斑、波前误差、MTF 或其他判据，以及所报告数值是单侧容差还是前后总范围。
对于近轴、均匀介质中的纯离焦，以瞳边与瞳心的光程差绝对值不超过 λ/4 为判据，单侧轴向容差 δ 近似满足第一式。其中 λ 为真空波长，NA′ 为像方数值孔径。空气中使用 = 1/(2NA′) 时，单侧容差约为 2λ²，总焦深约为 4λ²。
几何焦深以允许弥散圆直径 c 为判据。在空气、小孔径角条件下，单侧容差近似为 c；它不是上述波前判据的同一个定义。图 2-3 标出几何允许范围及边界像面上的弥散圆直径。
式 2-4
式中
- δ
- 按波像差判据给出的像面单侧轴向容许离焦量单位：长度
- Δzₜₒₜₐₗ
- 前后两侧合计的轴向范围，下标 total 表示总范围单位：长度
- n′
- 像方介质折射率单位：无量纲
- λ
- 真空波长单位：长度
- NA′
- 像方数值孔径，NA′ = n′ sin U′；U′ 为像方孔径半角单位：无量纲
适用条件：纯离焦、近轴条件；波像差判据取瞳边缘相对瞳中心的光程差幅值为 λ/4。
四分之一波长光程差判据，且仅考虑纯离焦；不是任意像差系统的统一容差。
式 2-5
式中
- δgeom
- 按几何弥散圆判据给出的单侧轴向容许离焦量单位：长度
- Nw
- 工作 F 数，Nw = 1/(2 NA′)，下标 w 表示工作状态单位：无量纲
- c
- 允许弥散圆的直径单位：长度
适用条件：几何弥散圆判据，像方为空气且孔径角较小；c 为直径。与波像差判据分别使用。
c 是直径，不是半径；采用近轴光锥几何。
焦深与弥散圆。实线为参考像面，虚线为允许范围边界；2δ 是总焦深，c 是边界像面上弥散圆的直径。光线由同一参考焦点和孔径边界计算得到。