Quanto uma queda de temperatura afeta o foco?

Em uma resposta à pergunta "Quais características das lentes são importantes na astrofotografia?" foi mencionado "Se a temperatura mudar drasticamente, talvez seja necessário reorientar o foco, pois diferentes materiais nas lentes se expandirão e se contrairão a taxas diferentes". Mas a resposta aceita para "Como alguém se concentra em condições muito escuras?" sugere uma marcação na fita, e isso não seria inútil quando a temperatura cair à noite?

É possível estimar a mudança de foco de antemão, quando o foco foi encontrado pela primeira vez em 5 graus Celsius à noite e depois à noite a temperatura cai para -10 graus Celsius? Como calcular ou estimar a mudança de foco entre essas temperaturas?

Por outro lado, é provável que 15 graus Celsius (27 F) de mudança de temperatura realmente alterem tanto o foco que eu precisaria me concentrar novamente? Como mudanças drásticas na temperatura tornam a focagem tipicamente necessária?

No meu caso, é uma câmera dslr de tamanho pequeno com uma lente de 14 mm que possui um elemento frontal um tanto grande e a lente pesa mais do que o corpo da câmera. E o foco estaria no infinito para as estrelas.

Pela minha leitura, a quantidade de materiais dentro de uma lente "portátil" se expande / contrai, por exemplo, 15C é tão mínimo que não vale a pena pensar.

No entanto, isso realmente se torna um problema em grandes telescópios, refratando e refletindo (ainda mais).

Por quê?

Como um exemplo (grosseiro), vamos imaginar um grande telescópio refletor que tem um comprimento de corpo de 3m e é construído em alumínio tubular. O alumínio puro puro possui uma taxa de expansão térmica linear de 0,0000222m / m / K, o que significa que ele fica mais longo / mais curto em 0,0222mm por grau Kelvin (ou C) por metro de seu comprimento.

Portanto, o telescópio diminuiria 0,0222 mm × 3 m × 15C = 0,999 mm quando a temperatura cair 15 ° C. Isso, associado à ampliação no espelho secundário, leva a uma mudança drástica de foco.

Eu acho que você pode fazer algum experimento por conta própria. Eu tirava vários instantâneos (com a câmera, as configurações, o foco e a luz bloqueados para os mesmos valores) e com diferentes temperaturas de um padrão de borda inclinado e media o MTF com o plug - in ImageJ e MTF ou com o Imatest . Em seguida, você pode plotar o gráfico MTF com diferentes temperaturas e ver o resultado.

Eu acho que os diferentes coeficientes de expansão não são as únicas causas dessa mudança, os materiais têm diferentes índices de refração com diferentes temperaturas e acho que você deve levar em conta que, se sua lente ficar muito fria, pode formar-se condensação na ótica, porque dentro da câmera é mais quente do que fora.

A distância focal aumenta cerca de 0,7 promille na faixa de temperatura -10 a 20C, e a posição do foco dia versus noite / temperatura no Hubble é cuidadosamente modelada (e não são relações simples "focus vs Temp") e está na faixa de 5 7 mícrons. Mas ainda assim o desvio desses modelos é bastante grande. Uma coisa é a temperatura, outra são as mudanças de temperatura e a propagação dessa mudança nos componentes ao longo do tempo, e então há uma exposição prolongada a essas temperaturas.

confira isso e isso e isso

Cada design de lente reagirá às mudanças de temperatura de maneira diferente. Geralmente, verifico o foco várias vezes durante uma sessão de astrofotografia, para ter certeza de que não mudei acidentalmente o foco como por qualquer outro motivo.

Uma marcação em fita aproxima você o suficiente para iniciar o processo. Ao focar em fontes de luz com ponto fraco, como estrelas, nada aparece no visor ou mesmo através do Live View até que o foco seja quase alcançado porque a quantidade minúscula de luz é espalhada muito longe para ser detectável quando a lente está muito longe da lente. foco. Até que você esteja bastante próximo do foco infinito, poderá percorrer todo o céu noturno e não ver nada em que focar (a menos que a lua esteja visível). Quando estiver perto, como seria se estivesse focado adequadamente antes de uma mudança de temperatura, é relativamente fácil ligar LV, aproximar uma estrela média, verificar o foco e corrigir um pouco, se necessário. Depende muito de quão focado você deseja que suas estrelas sejam. Às vezes, um pouco fora de foco parece mais realista à medida que as estrelas mais brilhantes parecem maiores aos nossos olhos.

As quantidades físicas de contração / expansão na lente devido a mudanças de temperatura dentro do alcance da sua pergunta são muito pequenas. Mas o efeito desses valores pode ser significativo. Se o flange de montagem da câmera estiver desligado em até 50 µm (50 mícrons ou 0,05 mm) de um lado para o outro, a câmera ficará inutilizável para qualquer tipo de foco crítico que funcione em grandes aberturas. E os efeitos podem ser vistos com apenas 20 µm de erro. A astrofotografia, onde você tem fontes de luz extremamente pequenas em todo o campo de visão, geralmente é o trabalho mais crítico que muitos fotógrafos já fazem.