Насколько падение температуры влияет на фокус?

В ответе на вопрос «Какие характеристики объектива важны в астрофотографии?» было упомянуто: «Если температура резко меняется, вам может потребоваться перефокусировка, поскольку различные материалы в объективе будут расширяться и сжиматься с разной скоростью». Но принятый ответ на вопрос «Как можно сосредоточиться в очень темных условиях?» предлагает пометку на объективе, и не окажется ли это бесполезным, когда температура ночью падает?

Можно ли заранее оценить смещение фокуса, когда фокус был впервые обнаружен вечером в 5 градусов Цельсия, а затем ночью температура падает до -10 градусов Цельсия? Как бы я рассчитал или оценил смещение фокуса между этими температурами?

С другой стороны, возможно ли, что изменение температуры на 15 градусов Цельсия (27 F) действительно настолько смещает фокус, что мне нужно перефокусироваться? Насколько резкое изменение температуры делает перефокусировку обычно необходимой?

В моем случае это небольшая dslr-подобная камера с 14-миллиметровым объективом, которая имеет несколько большой передний элемент и весит больше, чем корпус камеры. И фокус будет на бесконечности для звезд.

Из моего прочтения, количество материалов в «портативных» объективах расширяется / сжимается, например, 15C, настолько минимально, что об этом не стоит и думать.

Однако это действительно становится проблемой для больших телескопов, как преломляющих, так и отражающих (тем более).

Почему?

В качестве (грубого) примера, давайте представим большой отражающий телескоп, который имеет длину тела 3 м и изготовлен из трубчатого алюминия. Чистый чистый алюминий имеет линейную степень теплового расширения 0,0000222 м / м / К, что означает, что он становится длиннее / короче на 0,0222 мм на градус Кельвина (или С) на метр его длины.

Поэтому при снижении температуры на 15 ° телескоп укорачивается на 0,0222 мм × 3 м × 15 ° С = 0,999 мм. Это в сочетании с увеличением на вторичном зеркале приводит к резкому смещению фокуса.

Я думаю, что вы можете провести эксперимент самостоятельно. Я бы сделал несколько снимков (с камерой, настройками, фокусом и освещением, заблокированными до одинаковых значений) и с разными температурами по наклонному краю стандарта и измерил MTF с помощью плагина ImageJ и MTF или с помощью Imatest . Затем вы можете построить график MTF с различными температурами и увидеть результат.

Я думаю, что разные коэффициенты расширения не являются единственными причинами этого изменения, материалы имеют разный показатель преломления при разных температурах, и я думаю, вы должны принять во внимание, что, если ваш объектив становится очень холодным, в оптике может образоваться конденсат, потому что внутри вашей камеры теплее, чем снаружи.

Фокусное расстояние увеличивается примерно на 0,7 промилле в диапазоне температур от -10 до 20C, и положение фокусировки день / ночь / температура в Хаббле тщательно моделируется (и они не являются простыми соотношениями "фокус против температуры") и находится в диапазоне 5- 7 микрон. Но все же отклонения этих моделей довольно велики. Одна вещь - это температура, другая - это изменения температуры, и распространение этих изменений на компоненты с течением времени, а затем происходит длительное воздействие этих температур.

проверить это и это и это

Каждый дизайн линзы будет по-разному реагировать на изменения температуры. Обычно я проверяю фокус несколько раз во время сеанса астрофотографии, чтобы быть уверенным, что случайно не изменил фокус, как по любой другой причине.

Маркировка ленты достаточно близко, чтобы начать процесс. При фокусировке на тусклых точечных источниках света, таких как звезды, в видоискателе или даже в режиме Live View ничего не появляется, пока фокус почти не достигается, потому что крошечное количество света распространяется слишком далеко, чтобы его можно было обнаружить, когда объектив находится слишком далеко от фокус. Пока вы не окажетесь достаточно близко к бесконечному фокусу, вы можете панорамировать все ночное небо и не видеть ничего, на чем можно сфокусироваться (если луна не видна). Как только вы приблизитесь, как если бы вы были правильно сфокусированы до изменения температуры, относительно легко включить LV, увеличить среднюю звезду, проверить фокусировку и при необходимости немного исправить. Многое зависит от того, насколько вы хотите, чтобы ваши звезды были в фокусе. Иногда немного не в фокусе выглядит более реалистично, поскольку более яркие звезды выглядят больше для наших глаз.

Физические величины сжатия / расширения в линзе из-за изменений температуры в пределах диапазона вашего вопроса очень малы. Но эффект, который оказывают эти суммы, может быть значительным. Если монтажный фланец камеры является сбит даже всего лишь 50 мкм (50 мкм или 0,05 мм) с одной стороны к другому это сделает камеру непригодной для любого типа критической фокусной работы на больших отверстиях. И эффекты можно увидеть с ошибкой всего 20 мкм. Астрофотография, где у вас есть очень маленькие точечные источники света по всему полю зрения, часто является наиболее критически важной работой, которую когда-либо делали фотографы.