Насколько падение температуры влияет на фокус?

Question

В ответе на вопрос «Какие характеристики объектива важны в астрофотографии?» было упомянуто «Если температура резко меняется, вам может потребоваться перефокусировка, так как различные материалы в объективе будут расширяться и сжимаются с разной скоростью. " Но принятый ответ на " Как можно сфокусироваться в очень темных условиях? " предполагает маркировку на объективе маркировкой, и это не окажется бесполезным, когда ночью температура падает?

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

С другой стороны, вероятно 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 dslr-подобная камера небольшого размера с 14-миллиметровым объективом, который имеет несколько большой передний элемент, и весит он больше, чем корпус камеры. И фокус будет на бесконечности для звезд.

Answer 1

Исходя из моего прочтения, количество материалов в «портативном» объективе расширяется / сжимается, например, 15С, настолько минимально, что об этом не стоит и думать.

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

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

Answer 2

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 отношениями "фокус против температуры") и находится в диапазоне 5-7 микрон. Но все же отклонения этих моделей довольно велики. Одно - это температура, другое - изменение температуры, и распространение этого изменения на компоненты с течением времени, а затем происходит длительное воздействие этих температур.

проверить это и это и это

Answer 3

Я думаю, вы можете провести некоторый эксперимент самостоятельно. Я бы сделал несколько снимков (с камерой, настройками, фокусом и освещением, заблокированными до одинаковых значений) и с разными температурами стандарта наклонного края и измерил MTF с ImageJ и MTF плагин или 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 линза станет очень холодной, в оптике может образоваться конденсат, потому что внутри вашей камеры теплее, чем снаружи.

Answer 4

Каждая конструкция объектива 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.

Маркировочная лента приблизит вас к началу процесса. При фокусировке на тусклых точечных источниках света, таких как звезды, в видоискателе или даже в режиме Live View ничего не отображается, пока фокус почти не будет достигнут, поскольку незначительное 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, так как более яркие звезды выглядят больше для наших глаз.

Физические величины сжатия / расширения в линзе из-за изменений температуры в диапазоне вашего вопроса очень малы. Но эффект, который оказывают эти суммы, может быть значительным. Если монтажный фланец камеры будет отклонен на даже на 50 микрон (50 микрон или 0,05 мм) с одной стороны на другую, это сделает камеру непригодной для работы с любым типом критической фокусировки при больших значениях диафрагмы. И эффекты можно увидеть с ошибкой всего 20 мкм. Астрофотография, где у вас очень маленькие точечные источники света по всему полю зрения, часто является наиболее критически важной работой, которую когда-либо делали фотографы.