¿Cuánto afecta una caída de temperatura al foco?

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En una respuesta a la pregunta "¿Qué características de lente son importantes en astrofotografía?" se mencionó "Si la temperatura cambia drásticamente, es posible que deba volver a enfocar ya que diferentes materiales en la lente se expandirán y contraerán a diferentes velocidades". Pero la respuesta aceptada a "¿Cómo se enfoca uno en condiciones muy oscuras?" sugiere una marca de cinta en la lente, ¿y eso no sería inútil cuando la temperatura bajara por la noche?

¿Es posible estimar el cambio de enfoque de antemano, cuando el enfoque se encontró por primera vez en 5 grados Celsius en la noche y luego en la noche la temperatura baja a -10 grados Celsius? ¿Cómo calcularía o estimaría el cambio de enfoque entre estas temperaturas?

Por otro lado, ¿es probable que un cambio de temperatura de 15 grados Celsius (27 F) realmente cambie el enfoque tanto que necesito volver a enfocar? ¿Cómo un cambio drástico en la temperatura hace que el reenfoque sea típicamente necesario?

En mi caso, es una cámara de tamaño pequeño tipo dslr con una lente de 14 mm que tiene un elemento frontal algo grande y la lente pesa más que el cuerpo de la cámara. Y el foco estaría en el infinito para las estrellas.

Esa Paulasto
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Cada diseño de lente reaccionará a los cambios de temperatura de manera diferente. Por lo general, verifico el enfoque varias veces durante una sesión de astrofotografía tanto para asegurarme de que no he cambiado accidentalmente el enfoque como por cualquier otro motivo. Una vez que esté cerca, como lo estaría con un cambio de temperatura, es relativamente fácil encender el LV, acercar una estrella mediana y verificar el enfoque y corregirlo ligeramente si es necesario. Mucho depende de cuán enfocado quieras que estén tus estrellas. A veces, un poco OOF parece más realista a medida que las estrellas más brillantes se ven más grandes a nuestros ojos.
Michael C
@MichaelClark - Siento que ya tienes suficiente en tus dos comentarios para publicar una respuesta, ¿no? La respuesta aceptada a ¿Cómo se enfoca uno en la oscuridad? recomienda una marca de cinta en la lente, y en realidad es por eso que estoy preguntando esta aquí.
Esa Paulasto
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Una marca de cinta te acerca lo suficiente como para comenzar el proceso. Cuando se enfoca en fuentes de luz de punto tenue, como estrellas, no aparece nada en el visor o incluso a través de Live View hasta que el enfoque casi se logra porque la cantidad minúscula de luz se extiende demasiado para ser detectable cuando la lente está demasiado lejos de atención. Hasta que esté bastante cerca del enfoque infinito, puede desplazarse por todo el cielo nocturno y no ver nada en lo que enfocarse (a menos que la luna sea visible).
Michael C

Respuestas:

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Según mi lectura, la cantidad de materiales dentro de una lente "portátil" se expande / contrae, por ejemplo, 15C es tan mínima que no vale la pena pensar.

Sin embargo, esto realmente se convierte en un problema en los telescopios grandes, tanto en refracción como en reflexión (aún más).

¿Por qué?

Como ejemplo (aproximado), imaginemos un gran telescopio reflector que tiene una longitud de cuerpo de 3 my está construido de aluminio tubular. El aluminio puro puro tiene una tasa de expansión térmica lineal de 0.0000222m / m / K, lo que significa que se alarga / acorta en 0.0222 mm por grado Kelvin (o C) por metro de su longitud.

Por lo tanto, el telescopio se acortaría en 0.0222 mm × 3 m × 15 C = 0.999 mm a medida que la temperatura baje 15 ° C. Esto, junto con el aumento en el espejo secundario conduce a un cambio de enfoque dramático.

Lightcraft digital
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Tiene razón en que las cantidades físicas de contracción / expansión son muy pequeñas. Pero el efecto que tienen esas cantidades puede ser significativo. Si la brida de montaje de una cámara está apagada, incluso tan poco como 50 µm (50 micras o 0.05 mm) hará que la cámara sea inutilizable para cualquier tipo de trabajo de enfoque crítico en grandes aperturas. Pero los efectos se pueden ver con tan solo 20 µm de error. La astrofotografía, donde tiene fuentes de luz puntuales extremadamente pequeñas en todo el campo de visión, es el trabajo más crítico para la mayoría de los fotógrafos.
Michael C
Su ejemplo de telescopio ignora el efecto de la temperatura en la forma del espejo y otros materiales ópticos, así como la longitud del tubo o las armaduras que los sostienen.
Michael C
@MichaelClark: sí 2 razones: no tengo forma de calcular eso y, en segundo lugar, hay una gran variación en los materiales, la forma, etc. de los elementos ópticos.
Digital Lightcraft
¿No hay también una gran variación en los materiales, la forma, etc. de los elementos ópticos, así como los cuerpos que los albergan cuando se habla de lentes de cámara?
Michael C
sí ... así que es básicamente imposible de calcular sin un modelo de computadora extremadamente avanzado (lo que probablemente sea incorrecto de todos modos cuando se tiene en cuenta la grasa / lubricante, las tolerancias, el desgaste, etc.)
Digital Lightcraft
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Creo que puedes hacer algunos experimentos por tu cuenta. Tomaría varias instantáneas (con cámara, ajustes, foco y luz bloqueados a los mismos valores) y con diferentes temperaturas de un estándar de borde inclinado y mediría el MTF con ImageJ y el complemento MTF o con Imatest . Luego puede trazar el gráfico MTF con diferentes temperaturas y ver el resultado.

Creo que los diferentes coeficientes de expansión no son las únicas causas de este cambio, los materiales tienen diferentes índices de refracción con diferentes temperaturas y creo que debe tener en cuenta que si su lente se enfría mucho, podría formarse condensación en la óptica porque dentro de su cámara Es más cálido que afuera.

GM
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La longitud focal aumenta alrededor de 0.7 promille en el rango de temperatura -10 a 20 ° C, y la posición de enfoque día vs noche / temperatura en Hubble se modela cuidadosamente (y no son relaciones simples "foco vs temperatura") y está en el rango de 5- 7 micras. Pero aún así la desviación de esos modelos es bastante grande. Una cosa es la temperatura, otra son los cambios de temperatura y la propagación de ese cambio en los componentes con el tiempo, y luego hay una exposición prolongada a esas temperaturas.

mira esto y esto y esto

Michael Nielsen
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Cada diseño de lente reaccionará a los cambios de temperatura de manera diferente. Por lo general, verifico el enfoque varias veces durante una sesión de astrofotografía tanto para asegurarme de que no he cambiado accidentalmente el enfoque como por cualquier otro motivo.

Una marca de cinta te acerca lo suficiente como para comenzar el proceso. Cuando se enfoca en fuentes de luz de punto tenue, como estrellas, no aparece nada en el visor o incluso a través de Live View hasta que el enfoque casi se logra porque la cantidad minúscula de luz se extiende demasiado para ser detectable cuando la lente está demasiado lejos de atención. Hasta que esté bastante cerca del enfoque infinito, puede desplazarse por todo el cielo nocturno y no ver nada en lo que enfocarse (a menos que la luna sea visible). Una vez que esté cerca, como lo estaría si estuviera enfocado adecuadamente antes de un cambio de temperatura, es relativamente fácil encender el LV, acercar una estrella mediana, verificar el enfoque y corregirlo ligeramente si es necesario. Mucho depende de cuán enfocado quieras que estén tus estrellas. A veces, un poco fuera de foco parece más realista a medida que las estrellas más brillantes se ven más grandes a nuestros ojos.

Las cantidades físicas de contracción / expansión en la lente debido a los cambios de temperatura dentro del rango de su pregunta son muy pequeñas. Pero el efecto que tienen esas cantidades puede ser significativo. Si la brida de montaje de la cámara está apagada, incluso desde 50 µm (50 micras o 0.05 mm) de un lado a otro, la cámara quedará inutilizable para cualquier tipo de trabajo de enfoque crítico en grandes aperturas. Y los efectos se pueden ver con tan solo 20 µm de error. La astrofotografía, donde tiene fuentes de luz puntuales extremadamente pequeñas en todo el campo de visión, es a menudo el trabajo más crítico que muchos fotógrafos hacen.

Michael C
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Esto también me hace comenzar a considerar el filtro AA frente a ninguno ...
Digital Lightcraft
Las cámaras diseñadas con un filtro AA que se retira posteriormente necesitan un espaciador para mantener la distancia del sensor a la brida igual que antes de la eliminación del filtro AA, si eso es lo que está buscando.
Michael C
no, en realidad estaba pensando en la calidad del enfoque de las fuentes puntuales (estrellas), AA está ahí para desenfocar ligeramente la imagen, ¿entonces no se prefiere AA para astro?
Digital Lightcraft
Depende. Para la mayoría de los fotógrafos que usan la mayoría de las cámaras, probablemente sí. Pero si está utilizando ciertas cámaras Nikons o similares si una fuente puntual es lo suficientemente pequeña (¿solo ilumina un solo píxel?), La conversión A / D la descartará como ruido. Es por eso que el D300S y el D7000 son conocidos como 'comedores de estrellas', incluso con un filtro AA en su lugar.
Michael C
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@scottbb Será interesante ver cómo los nuevos sensores de Canon, que parecen usar más en el NR de dados que en el pasado (porque aparentemente eso es lo que aumenta un puntaje en DxO) afectarán sus capacidades de astro. En el pasado, los sensores Canon eran los menos propensos a eliminar las estrellas débiles como ruido.
Michael C