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. Обратите внимание на то, что диаметр виньетирующей диафрагмы может быть меньше, чем апертурной и/или полевой 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, град | Угол, град | % освещенности |
10 | 5 | 98% |
20 | 10 | 94% |
30 | 15 | 87% |
40 | 20 | 78% |
50 | 25 | 68% |
60 | 30 | 56% |
70 | 35 | 45% |
80 | 40 | 35% |
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.
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