Виньетирование

Базовые понятия и термины астрономической оптики

Виньетирование

Сообщение Ernest » 06 дек 2009, 10:03

Виньетирование – дефект оптического изображения, при котором яркость изображения непостоянна (обычно падает к краю) по полю зрения из-за срезания части лучей внеосевых пучков света.

Главная причина виньетирования имеет простую геометрическую природу – внеосевые световые пучки частично обрезаются элементами конструкции объектива (трубы телескопа) и приемника (к примеру, зрачок глаза наблюдателя) тем, что принято называть виньетирующими диафрагмами. Напомним, что те элементы конструкции, которые ограничивают осевой пучок называются апертурной диафрагмой, а те, что ограничивают размер изображения - полевой диафрагмой. То есть внеосевые точки изображения в условиях геометрического виньетирования строятся световыми пучками меньшей апертурой, чем осевая (в центре изображения). Иногда различают виньетирование элементами конструкции (механическое виньетирование - mechanical vignetting) и краями линз в многолинзовых конструкциях (оптическое виньетирование - optical vignetting). Центрированнное геометрическое виньетирование описывается отношением обрезанной апертуры внеосевого пучка к апертуре осевого то есть коэффициентом виньетирования:
v = 1- A'/A'o (1)
Иногда рассматривают отдельно верхнее и нижнее виньетирование (коэфф. виньетирования верхней и нижней половины апертуры).

Геометрическое виньетирование приводит у падению яркости (освещенности) изображения по полю зрения из-за уменьшения площади выходного зрачка, который строит соотв. точки изображения. Однако, довольно часто расчетчики объективов используют виньетирование для отсечения широких аберрационных "крыльев" полевых пучков - уменьшая таким образом полевые аберрации.
vignetting.PNG


Обратите внимание на то, что диаметр виньетирующей диафрагмы может быть меньше, чем апертурной и/или полевой
vignet.PNG
vignet.PNG (13.48 КБ) Просмотров: 1188


Есть и более тонкие эффекты, вызывающие потемнение изображения к краю – падение освещенности в наклонных пучках (natural vignetting), аберрационное и пиксельное виньетирование, дисторсия изображения, зависимость светопотерь от угла падения световых лучей на оптические поверхности.

Используя формулы светотехники нетрудно показать, что даже в отсутствие каких либо преград на пути внеосевых пучков освещенность плоскости изображения будет падать пропорционально четверной степени косинуса полевого угла. Для широкоугольных объективов этот эффект имеет существенных вклад. См. табличку:

Поле, градУгол, град% освещенности
10598%
201094%
301587%
402078%
502568%
603056%
703545%
804035%

Аберрационное виньетирование – это различие в геометрии формы апертурной диафрагмы и соотв. входного зрачка из-за еще нескомпенсированных в половине объектива аберраций типа комы и дисторсии. Этот эффект широко использовался М.М.Русиновым при разработке широкоугольных объективов для частичной компенсации падения освещенности в наклонных пучках.

В дисторзирующих объективах (вроде "рыбьего глаза") потемнение к краю компенсируется введением значительной отрицательной (бочкообразной) дисторсии.

Пиксельное виньетирование – уменьшение квантовой эффективности современных фотоприемников при наклонном падении световых пучков.

Kidney bean (фасолевый) эффект - специальный случай виньетирования вызванный децентрировкой зрачка наблюдателя относительно выходного зрачка сверхширокоугольного окуляра страдающего от сферической аберрации в выходном зрачке (ее проявления пропорциональны кубу полевого угла, так что это проблема почти исключительно сверхширокоугольных окуляров). При этом срезание поля зрения начинается не с края, а со средней зоны, а небольшие смещения глаза наблюдателя вызывают быстрые смещения и изменения темного пятна в поле зрения, что весьма неприятно и вызывает сильный дискомфорт. Ответственные производители (Tele Vue, Pentax...) уделяют внимание компенсации сферической аберрации в зрачках и в их окулярах (к сожалению весьма дорогих) этот эффект присутствует в меньшей степени.

vignetting-ext.PNG


Анамальное центральное виньетирование - затенение центра поля зрения. В частности, так может проявляться центральное экранирование зеркальных объективов при наблюдениях с выходным зрачком много большим чем зрачок глаза наблюдателя. Это когда диаметр изображения центрального экрана в выходном зрачке становится близок по размерам к зрачку наблюдателя (особенно характерно для дневных наблюдений с небольшими обзорными увеличениями).

Практически важными для любителей астрономии являются случаи виньетирования при съемке фотокамерами Луны, Солнца и планет за окуляром (из-за не согласования по размерам и положению выходного зрачка телескопа и входного зрачка фотообъектива), при расчете размера диагонального зеркала в схеме Ньютона, отсекателей паразитной засветке в Кассегренах, при планировании размеров изображения в условиях использования дополнительной оптики вроде линзы Барлоу, компенсатора комы и т.п.

Назад к оглавлению статей
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9157
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Вернуться в Оптические формулы и понятия

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1