Quanto influisce un calo della temperatura sulla messa a fuoco?


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In una risposta alla domanda "Quali sono le caratteristiche dell'obiettivo importanti nell'astrofotografia?" è stato menzionato "Se la temperatura cambia drasticamente, potrebbe essere necessario rifocalizzare poiché materiali diversi nell'obiettivo si espandono e si contraggono a velocità diverse". Ma la risposta accettata a "Come ci si concentra in condizioni molto buie?" suggerisce una marcatura a nastro sull'obiettivo, e non sarebbe inutile quando la temperatura scende di notte?

È possibile stimare in anticipo lo spostamento della messa a fuoco, quando la messa a fuoco è stata trovata per la prima volta in 5 gradi Celsius la sera e poi di notte la temperatura scende a -10 gradi Celsius? Come potrei calcolare o stimare il focus focus tra queste temperature?

D'altra parte, è probabile che un cambiamento di temperatura di 15 gradi Celsius (27 F) cambi davvero la messa a fuoco così tanto che avrei bisogno di ri-mettere a fuoco? In che modo il drastico cambiamento di temperatura rende in genere necessaria la rifocalizzazione?

Nel mio caso si tratta di una fotocamera di dimensioni ridotte simile a una reflex digitale con un obiettivo da 14 mm che presenta un elemento frontale piuttosto grande e l'obiettivo pesa di più rispetto al corpo della fotocamera. E la messa a fuoco sarebbe all'infinito per le stelle.


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Ogni design dell'obiettivo reagirà in modo diverso alle variazioni di temperatura. In genere controllo più volte la messa a fuoco durante una sessione di astrofotografia per essere sicuro di non aver accidentalmente cambiato messa a fuoco come per qualsiasi altro motivo. Una volta che sei vicino, come si farebbe con un cambiamento di temperatura, è relativamente facile accendere LV, ingrandire una stella media e controllare la messa a fuoco e correggere leggermente se necessario. Molto dipende da quanto vuoi che siano le tue stelle. A volte leggermente OOF sembra più realistico poiché le stelle più luminose sembrano più grandi ai nostri occhi.
Michael C,

@MichaelClark - Sento che hai già abbastanza nei tuoi due commenti per pubblicare una risposta, no? La risposta accettata a Come ci si concentra nel buio? raccomanda una marcatura a nastro sull'obiettivo, ed è proprio per questo che lo sto chiedendo qui.
Esa Paulasto,

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Una marcatura a nastro ti avvicina abbastanza per iniziare il processo. Quando si mette a fuoco su fonti di luce fioca come le stelle, nulla viene visualizzato nel mirino o anche tramite Live View fino a quando la messa a fuoco non è quasi raggiunta perché la quantità minuscola di luce viene diffusa troppo lontano per essere rilevabile quando l'obiettivo è troppo lontano da messa a fuoco. Fino a quando non sei abbastanza vicino alla messa a fuoco all'infinito puoi fare una panoramica dell'intero cielo notturno e non vedere nulla su cui concentrarti (a meno che la luna non sia visibile).
Michael C,

Risposte:


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Dalla mia lettura, la quantità di materiali all'interno di un obiettivo "portatile" si espande / si contrae, ad esempio il 15C è così minimo che non vale la pena pensarci.

Tuttavia, questo diventa davvero un problema per i grandi telescopi, sia rifrangenti che riflettenti (ancora di più).

Perché?

A titolo di esempio (approssimativo), immaginiamo un grande telescopio riflettore che ha una lunghezza del corpo di 3 m ed è realizzato in alluminio tubolare. L'alluminio puro puro ha un tasso di espansione termica lineare di 0,0000222 m / m / K, il che significa che diventa più lungo / più corto di 0,0222 mm per grado Kelvin (o C) per metro della sua lunghezza.

Pertanto il telescopio si accorcerebbe di 0,0222 mm × 3 m × 15 ° C = 0,999 mm quando la temperatura scende di 15 ° C. Questo accoppiato con l'ingrandimento allo specchio secondario porta ad un drammatico spostamento della messa a fuoco.


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Hai ragione sul fatto che le quantità fisiche di contrazione / espansione sono molto piccole. Ma l'effetto di tali importi può essere significativo. Se la flangia di montaggio di una fotocamera è spenta anche di soli 50 µm (50 micron o 0,05 mm), la fotocamera sarà inutilizzabile per qualsiasi tipo di messa a fuoco critica a grandi aperture. Ma gli effetti possono essere visti con un minimo di 20 µm di errore. L'astrofotografia, dove disponi di punti luce estremamente piccoli in tutto il campo visivo, è il lavoro più critico che la maggior parte dei fotografi faccia mai.
Michael C,

L'esempio del tuo telescopio ignora l'effetto della temperatura sulla forma dello specchio e di altri materiali ottici, nonché la lunghezza del tubo o delle capriate che li sostengono.
Michael C,

@MichaelClark - sì 2 motivi: non ho modo di calcolarlo, e in secondo luogo c'è una variazione huve nei materiali, nella forma ecc. Degli elementi ottici.
Digital Lightcraft il

Non c'è anche una grande variazione nei materiali, nella forma, ecc. Degli elementi ottici e dei corpi che li ospitano quando si parla di obiettivi per fotocamere?
Michael C,

sì ... quindi è praticamente impossibile calcolare senza un modello di computer estremamente avanzato (che probabilmente sbaglierà comunque quando si
tiene

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Penso che tu possa fare qualche esperimento da solo. Vorrei scattare diverse istantanee (con fotocamera, impostazioni, messa a fuoco e luce bloccate sugli stessi valori) e con temperature diverse di uno standard con bordo inclinato e misurare l'MTF con il plug-in ImageJ e MTF o con Imatest . Quindi puoi tracciare il grafico MTF con temperature diverse e vedere il risultato.

Penso che i diversi coefficienti di espansione non siano le uniche cause di questo cambiamento, i materiali hanno un indice di rifrazione diverso con temperature diverse e penso che dovresti tener conto del fatto che se l'obiettivo diventasse molto freddo si potrebbe formare della condensa nell'ottica perché all'interno della fotocamera è più caldo che fuori.


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La lunghezza focale aumenta di circa 0,7 volte nell'intervallo di temperatura da -10 a 20 ° C e la posizione di messa a fuoco tra giorno e notte / temperatura in Hubble è attentamente modellata (e non sono semplici relazioni "messa a fuoco contro Temp") ed è compresa tra 5 e 5 7 micron. Ma la deviazione di questi modelli è piuttosto grande. Una cosa è la temperatura, un'altra sono le variazioni di temperatura e la diffusione di tale variazione nei componenti nel tempo, e quindi c'è un'esposizione estesa a quelle temperature.

controlla questo e questo e questo


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Ogni design dell'obiettivo reagirà in modo diverso alle variazioni di temperatura. In genere controllo più volte la messa a fuoco durante una sessione di astrofotografia per essere sicuro di non aver accidentalmente cambiato messa a fuoco come per qualsiasi altro motivo.

Una marcatura a nastro ti avvicina abbastanza per iniziare il processo. Quando si mette a fuoco su fonti di luce fioca come le stelle, nulla viene visualizzato nel mirino o anche tramite Live View fino a quando la messa a fuoco non è quasi raggiunta perché la quantità minuscola di luce viene diffusa troppo lontano per essere rilevabile quando l'obiettivo è troppo lontano da messa a fuoco. Fino a quando non sei abbastanza vicino alla messa a fuoco all'infinito puoi fare una panoramica dell'intero cielo notturno e non vedere nulla su cui concentrarti (a meno che la luna non sia visibile). Una volta che sei vicino, come se fossi correttamente messo a fuoco prima di un cambiamento di temperatura, è relativamente facile accendere LV, ingrandire una stella media, controllare la messa a fuoco e correggere leggermente se necessario. Molto dipende da quanto vuoi che siano le tue stelle. A volte leggermente sfuocato sembra più realistico poiché le stelle più luminose sembrano più grandi ai nostri occhi.

Le quantità fisiche di contrazione / espansione nell'obiettivo dovute a variazioni di temperatura all'interno della gamma della tua domanda sono molto piccole. Ma l'effetto di tali importi può essere significativo. Se la flangia di montaggio di una fotocamera è spenta di almeno 50 µm (50 micron o 0,05 mm) da un lato all'altro, la fotocamera sarà inutilizzabile per qualsiasi tipo di messa a fuoco critica a grandi aperture. E gli effetti possono essere visti con un minimo di 20 µm di errore. L'astrofotografia, dove si hanno fonti di luce puntiformi estremamente ridotte in tutto il campo visivo, è spesso il lavoro più critico per molti fotografi.


Questo mi fa anche iniziare a considerare il filtro AA contro nessuno ...
Digital Lightcraft il

Le telecamere progettate con un filtro AA che viene successivamente rimosso necessitano di un distanziatore per mantenere la distanza tra sensore e flangia uguale a prima della rimozione del filtro AA, se è quello che stai ottenendo.
Michael C

no, in realtà stavo pensando alla qualità della messa a fuoco delle fonti puntiformi (stelle), AA è lì per sfocare leggermente l'immagine, quindi non è preferito AA per l'astro?
Digital Lightcraft,

Dipende. Per la maggior parte dei fotografi che usano la maggior parte delle fotocamere probabilmente sì. Ma se si utilizzano determinate Nikon o fotocamere simili se una sorgente puntiforme è abbastanza piccola (si illumina solo un singolo pixel?) La conversione A / D la scarterà come rumore. Questo è il motivo per cui D300S e D7000 sono noti come "mangiatori di stelle", anche con un filtro AA inserito.
Michael C,

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@scottbb Sarà interessante vedere come i nuovi sensori Canon, che sembrano utilizzare di più su die NR rispetto al passato (perché a quanto pare questo è ciò che aumenta un punteggio a DxO) influenzeranno le loro capacità astronomiche. In passato i sensori Canon erano considerati i meno propensi a eliminare le stelle deboli come rumore.
Michael C,
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