Quanto influisce un calo della temperatura sulla messa a fuoco?

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.

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.

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.

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

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.