焦点深度、被写界深度などの各名称の位置については、下図は参照ください。

 

 

上図の物体面（左側）が被写体側で、像面（右側）がカメラのセンサ側です。

 

許容錯乱円

物体面上の点を撮影したときに、像面上では点として結像し、像面から前後に外れると
円として結像します。
この円のことを錯乱円といい、ピントが合っているとみなされる最大の円を許容錯乱円といいます。
マシンビジョンでCCDカメラを用いる場合、許容錯乱円にCCD画素の大きさが用いられる場合が
多いようです。

被写界深度

物体面（被写体側）において、ピントが合って見える範囲のことを被写界深度といいます。

焦点深度

ピントが合って見える範囲において、像面側(ＣＣＤなど)の結像範囲を焦点深度といいます。
被写界深度と混同する人が多いのでご注意下さい。
通常、被写体の撮影で大事な深度は被写界深度となります。

絞りと被写界深度との関係

レンズの絞りは 明るさを調整するもの という役目もありますが、被写界深度を調整するものという大事な役割があります。

例えば、人物の撮影などでは、人物の背景をボカして撮影するには、レンズの絞りを開いて撮影します。
背景がボケるということは、被写界深度が浅い事を意味しています。

しかしながらカメラを使った画像検査をする場合、被写界深度が深い方が理想的です。

被写界深度を深くするには絞りを小さく閉じると被写界深度は深くなります。
しかしながら、そうすると画像が暗くなります。

画像が暗くなるので、画像を明るくするには

• 照明を明るくする
• 露光時間を長くする
• ゲインを上げる

のいづれかの対応が必要となります。
しかしながら、それとは逆に、

• 照明は安い物を使いたい　→　すごく明るい照明は高い
• 高速に撮影したい　→　露光時間は短くしないと高速に撮影できない
• ノイズは少なくしたい　→　ゲインを上げるとノイズが増える

と、相反する要求もあります。

そのため総合的にカメラの撮影システムを捉え、絞りを調整する必要があります。

撮影する画像の明るさを一定にしようとすると、一般的に以下のような関係になります。

絞り	大（開）		小（閉）
深度	浅い		深い
ゲイン	小		大
ノイズ	少ない		多

これらの関係がどのように画像へ影響を及ぼすか？をシュミレーションできるサイトがありますので、いろいろお試し下さい。

http://camerasim.com/camera-simulator.html

上記の設定値はカメラ用語なので、用語を置き換えるなら、
Lighting（照明の明るさ）、Disatance（撮影距離、ワーキングディスタンス）、Focal Length(焦点距離)
ISO（ゲイン）、Aperture(絞り)、Shutter Speed（露光時間）
という感じでしょうか。

 

 

ただし、この計算は収差のない理想的なレンズの場合の話で、実際には像面湾曲の影響により、
像を結ぶ位置が平面からズレてしまいます。

 

このズレ量がレンズメーカに聞いてもあまり教えてくれないので、結局は全視野において
像がボケることなく撮影できるか？は撮影してみないと分からない場合がほとんどです。

 

被写界深度の計算

＜計算例＞
画像数２３５３×１７２８ｍｍ、画素サイズ７．４×７．４μｍのカメラを用い、
レンズの焦点距離が５５ｍｍのレンズを用い、物体距離（≒ワーキングディスタンス）
３００ｍｍで撮影を行いたい場合の被写界深度の計算

 

設定条件より
許容錯乱円　＝７．４μｍ
Ｆ＝２．８の場合

 

この計算はレンズ選定（視野、撮影距離など）のページで出来るようになりました。