1
Так что, хотелось бы внести некоторую ясность в этот, возможно, непростой вопрос.
Для начала, стоило бы заметить, что в оптике, как правило, собственно "виньетированием" (часто - "геометрическим виньетированием"), именуется частичное затенение наклонного пучка лучей вступающих во входной зрачок системы. Т/е, пучков лучей, выходящих из точек предмета, лежащих вне оптической оси (см. напр. Д.С.Волосов "Фотографическая оптика" стр. 62).
Таким образом, применение термина "виньетирование", ко всем случаям падения освещености по полю изображения, будет спорным...
Т/к, не смотря на внешнее сходство проявлений, причины затенения, по полю изображения, могут быть разными.
Собственно, отсюда и многочисленные "типы" виньетирования. Подобные "механическому", "оптическому", "натуральному", "пикельному" и прочим порождениям "сна Оккама"...
Рассмотрим , геометрическое виньетирование, и влияние на него апертурной диафрагмы.
Для примера я взял "типовой" семилинзовый светосильный объектив Гауссовой схемы (в данном случае: JAPANESE PATENT № 08-220,424 с эффективной диафрагмой 1,4).
Патентная схема масштабирована до "полтинника", полевой угол +/- 22,5 град. (что соответствует плёночному кадру 24Х36).
Из первой представленной трассировки (рис.1) видно, как, на максимальной диафрагме, наклонные широкие пучки ограничиваются размером линз. Понятно, что изображение равномерно освещённого предмета образовано "усечёнными" пучками лучей и будет темнее, чем в центре.
Если "прикрыть" диафрагму до 4 (рис.2), то освещённость выравнивается...
Однако не полностью. Т/к, существуют и другие причины затенения. Например, падение освещённости из-за удлинения хода луча, затенение вследствии нескомпенсированных аберраций* ("аберрационное виньетирование" по М.М. Русинову), затенение, связанное с частичным и/или полным отражением наклонных лучей от сферических поверхностей линз...
Здесь, на мой взгляд, будут познавательны соответствующие графики "геометрического виньетирования"(рис. 1а; рис. 2а), и "относительной освещённости" (рис. 1б; рис. 2б).
Достаточно хорошо видно, насколько падение освещённости обусловлено именно "геометрией".
Более того, если ещё "прикрыть" диафрагму, то оба графика останется неизменными (рис. 3б; рис. 3б).
Т/е, диаметр апертурной диафрагмы, в этом случае**, влияет только на геометрическое виньетирование...
***
Необходимо отметить, что снижение освещённости, как правило (не без исключений), есть практически у всех объективов. В той или иной степени.
Зависит от назначения. Так, для "обычных фотографических объективов широкого применения" допускается виньетирование до 40-50%. Для "нормальных проекционных" - не более 20%.
И виной тому, отнюдь, не конструкторские "просчёты"... Наоборот, с помощью усечения "лишних", не достаточно коррегированных, лучей, часто, исправляются полевые аберрации, чем улучшается резкость по полю.
Так, например, объективы Гауссового типа (планары, плазматы и пр), обладают значительными аберрациями наклонных пучков (в основном отрицательной СФА). Для коррекции которых, требуется рассчитанное "... введение в систему значительного геометрического виньетирования и ограничение поля зрения..." (см. М.М. Русинов "Техническая оптика" стр 427 - 429).
Так же, хочу добавить, что бОльшее, виньетирование широкоугольных объективов, совсем не правило. Не смотря на то, что падение освещённости по полю для "шириков" достаточно велико, и увеличивается с ростом угла зрения, специальные меры уменьшают краевое затенение. Так, например, столь "традиционные" для широкоугольных схем отрицательные мениски, не только удлинняют задний отрезок, но и неплохо выравнивают освещённость...
-------------------------
*Частным случаем которого, будет общеизвестное затенение, вследствие разницы площади сечения осевых и наклонных пучков в плоскости апертурной диафрагмы.
**Для объективов иных схем, иным же будет и вклад геометрического виньетирования в общую картину затенения...
Использованная литература:
Д.С.Волосов "Фотографическая оптика" 1971.
М.М. Русинов "Техническая оптика" 1979.
Н.П. Заказнов и др. "Теория оптических систем" 1992.
Трассировки и графики выполнены в программе оптического конструирования ZEMAX-EE
