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Die Grundlage der bisherigen Berechnungen waren die optischen Gesetze entsprechend der Gaußschen Optik. In der Wirklichkeit jedoch - wie das auch das vorherige Kapitel beweist - treten nicht nur Strahlen nahe der optischen Achse auf, weshalb es also auch nicht ausreicht, nur diese zu betrachten.

Hierzu ist das photometrische Grundgesetz notwendig. Für die Anwendung von Sammellinsen gilt der im Kapitel 2.1.4. behandelte Zusammenhang mit folgender Gleichung bezüglich des auf einen Punkt der Linse eingehenden Strahlstrom:

Gl. 71 (aus dem Kapitel 2.1.4.)

Allerdings ist nicht nur der Strahlstrom winkelabhängig (hier: gegenüber der optischen Achse), sondern auch der Abstand r' zwischen Strahler und Linsenoberfläche. Für diesen Abstand gilt folgende Gleichung:

Gl. 80

Durch Einsetzen dieses Zusammenhanges in die Gleichung 71 ergibt sich:

Gl. 81

Das Phänomen als einfachen Zusammenhang formuliert, wird auch als cos⁴-Lichtstärkeeffekt bezeichnet:

Gl. 82

Abb. 72: Minderung der Strahlstärke zum Bildrand hin - geometrische Zusammenhänge

Obige Gleichung sagt aus, dass der Strahlstrom in der Nähe der optischen Achse den maximalen Wert aufweist, zum Rand der Linse (damit zum Rand des Sichtfeldes) hin jedoch der 4. Potenz des Cosinus des einschließenden Winkels zwischen Strahl und optischer Achse entsprechend abfällt. Je größer der Sichtwinkel des Objektives (also der Durchmesser der Einlassöffnung) ist, desto stärker ist dieser optische Effekt.

Bei der Beobachtung von Objekten, die weit außerhalb der doppelten Brennweite liegen, kann das Phänomen jedoch (für die betrachtete Linse) als konstant betrachtet werden. Infolgedessen kann seine Wirkung mathematisch im Rahmen der Kalibrierung der Sensibilität des Sensors über dessen Fläche korrigiert werden.