视场渐晕、渐晕系数、相对照度(渐晕系数的平方)、常规允许渐晕系数是0.5(相对照度0.25)

对于目视成像光学系统（如望远镜、显微镜、瞄准镜等），在实际使用过程中，允许存在一定的视场渐晕，并且通常允许的渐晕系数可以大到50%，甚至在系统边缘视场允许暂时:至0%（即100%渐晕）。

1. 什么是视场渐晕与渐晕系数？

1）视场渐晕（Vignetting）——图像边缘比图像中心暗

指的是在光学系统中，随着视场角的增大，到达像面的光束宽度（通常以孔径角衡量）逐渐减小的现象。这会导致像面边缘的照度低于敌恼斩取

2）渐晕系数（Vignetting Factor）

边缘视场实际通光孔径与中心视场通光孔径的比值。例如：

渐晕系数为1.0（0%渐晕，表示无渐晕）：边缘视场和中心视场有完全相同的光束通过，整个视场照度均匀。

渐晕系数为0.5（50%渐晕，表示该视场的光束有效孔径只有中心视场的一半）：边缘视场的光束宽度只有中心视场的一半。

渐晕系数为0.0（100%渐晕）：光线被完全遮挡，无法到达像面。

2. 照度与渐晕系数的关系：照度=渐晕系数的平方

照度与孔径面积的关系

光学系统的像面照度与进入系统的光通量成正比，而光通量与光束的横截面积成正比。光束的横截面积正比于其孔径直径的平方。

渐晕系数描述的 光束宽度的变化。

照度变化与光束宽度的平方成正比。这是因为照度取决于光通量，而光通量取决于光束的面积。

这是一个非常基础和重要的关系，用于光学设计中对系统像面照度均匀性的分析和控制。设计师通过权衡渐晕系数，来优化系统体积、成本和成像质量。

3. 为什么允许甚至主动设计渐晕？

完全消除渐晕（即实现全y场100%通光）在光学设计上是非常困难且成本高昂的，通常需要极大尺寸的透镜组。因此，出于以下几个关键原因，设计师会允许甚至主动引入渐晕：

a. 优化系统性能（最重要的原因）

抑制像差：大视场角的光线入射角度大，会引入严重的轴外像差，如彗差、像散、场曲和畸变。通过有意识地使用镜筒或透镜框来遮挡掉一部分边n光线（即引入渐晕），可以有效地阻挡掉那些像差最严重的偏轴光线，从而提升整个视场（尤其是中场）的成像质量。这是一种“牺牲边缘，保全整体”的权衡策略。

控制尺寸和成本：为了消除渐晕，需要让所有透镜的口径都做得非常大，以确保最边缘的光线也能无阻挡地通过。这会急剧增加透镜的重量、尺寸和制造成本（大尺寸光学玻璃非常昂贵）。允许渐晕可以显著减小透镜尺寸，使产品更轻量化、更紧凑、更便宜。

b. 人眼的生理特性（针对目视系统）

人眼有一个非常关键的特性：视觉敏锐度从视网膜中心向周边急剧下降。

我们只有在视场中心（黄斑区）才有最高的分辨率和色彩感知。

当我们使用目视系统时，会下意识地转动眼睛或头部，将想要仔细观察的物体始终置于视场中心。

因此，只要光学系统的中心视场成像质量极佳，边缘视场质量的轻微下降（包括亮度和分辨率下降）对人眼的主观感受影响并不大，很多时候用户甚至不会注意到边缘存在渐晕。

4. 允许的渐晕系数是多少？

这 一个范围，取决于具体应用和设计目标：

常规允许范围：对于大多数高质量的目视光学系统（如摄影镜头、高端望远镜），在整个视场内，渐晕系数通常不会低于0.5（即50%渐晕）。这意味着边缘亮度至少是中心亮度的大约25%（因为照度与孔径面积的平方成正比，0.5² = 0.25）。

可接受的范围：在许多消费级和中端产品中，为了平衡成本和性能，在最边缘的视场（例如>85%视场），渐晕系数下降到0.3甚至0.25（即70%-75%渐晕） 也是常见的并被接受的。

极端情况：在一些特殊设计中，为了极致地追求中心视场性能或极小化体积，设计师可能会允许在最极端边缘的视场（例如100%视场）出现短暂的100%渐晕（系数 0），即视场光阑被清晰地切割。只要这个区域非常小，用户在观察时几乎不会察觉到。

总结

对于目视成像光学系统：

允许存在渐晕：这不是一个必须完全消除的缺陷，而是一个重要的光学设计自由度。

主要目的：为了在系统尺寸、制造成本和成像质量之间取得最佳平衡。通过牺牲一点边缘视场的亮度来有效抑制像差、减小透镜口径。

允许值：50%的渐晕（系数0.5）是非常普遍和允许的。在视场边缘，更大饨ピ危ㄉ踔100%）也常被接受。

人眼适应性：人眼对中心视场的高质量成像最敏感，对边缘视场的质量下降不敏感，这使得渐晕在目视系统獗仍谏阌暗扔τ弥懈容易被接受。

因此，当评估一个目视光学系统时，不应单纯追求“无渐晕”，而应关注其在常用视场范围内（通常是中心70%-80%） 的综合表现，包括分辨率、对比度和畸变控制。

作者QQ及微信：49922779