อุณหภูมิที่ลดลงมีผลต่อการโฟกัสอย่างไร

ในการตอบคำถาม"ลักษณะของเลนส์มีความสำคัญในการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์หรือไม่?" มีการกล่าวไว้ว่า "หากอุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วคุณอาจจำเป็นต้องปรับโฟกัสใหม่เนื่องจากวัสดุที่แตกต่างกันในเลนส์จะขยายตัวและหดตัวในอัตราที่ต่างกัน" แต่คำตอบที่ได้รับการยอมรับสำหรับ"วิธีหนึ่งจะเน้นในสภาพที่มืดมาก?" แนะนำการทำเครื่องหมายเทปบนเลนส์และนั่นจะไม่เป็นประโยชน์เมื่ออุณหภูมิลดลงในเวลากลางคืนหรือไม่?

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะประเมินการเปลี่ยนโฟกัสล่วงหน้าเมื่อพบจุดโฟกัสที่ 5 องศาเซลเซียสในตอนเย็นและตอนกลางคืนอุณหภูมิจะลดลงถึง -10 องศาเซลเซียส? ฉันจะคำนวณหรือประมาณค่าการเปลี่ยนโฟกัสระหว่างอุณหภูมิเหล่านี้ได้อย่างไร

ในทางกลับกันเป็นไปได้หรือไม่ว่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส (27 F) นั้นจะเปลี่ยนโฟกัสจริง ๆ จนฉันต้องกลับมาโฟกัสอีกครั้งหรือไม่? การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรุนแรงทำให้จำเป็นต้องปรับโฟกัสใหม่อย่างไร?

ในกรณีของฉันมันเป็นกล้องขนาดเล็กคล้ายกับกล้อง dslr ขนาด 14 มม. ที่มีองค์ประกอบด้านหน้าค่อนข้างใหญ่และเลนส์มีน้ำหนักมากกว่าตัวกล้อง และการโฟกัสจะไม่มีที่สิ้นสุดสำหรับดวงดาว

จากการอ่านของฉันปริมาณวัสดุภายในเลนส์ "มือถือ" ขยายตัว / หดตัวอย่างเช่น 15C นั้นน้อยมากจนไม่คุ้มที่จะคิด

อย่างไรก็ตามสิ่งนี้กลายเป็นปัญหาของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ทั้งการหักเหและการสะท้อนกลับ

ทำไม?

เป็นตัวอย่าง (หยาบ) ลองจินตนาการถึงกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงขนาดใหญ่ที่มีความยาวลำตัว 3 เมตรและสร้างจากอลูมิเนียมแบบท่อ อลูมิเนียมบริสุทธิ์บริสุทธิ์มีอัตราการขยายตัวเชิงความร้อนเชิงเส้นเท่ากับ 0.0000222m / m / K ซึ่งหมายความว่ามันจะยาวขึ้น / สั้นลง 0.0222 มม. ต่อองศาเคลวิน (หรือ C) ต่อความยาวเมตร

ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์จะสั้นลง 0.0222 มม. × 3 มม. × 15C = 0.999 มม. เนื่องจากอุณหภูมิลดลง 15C ควบคู่ไปกับการขยายที่กระจกมองหลังทำให้เกิดการเปลี่ยนโฟกัสที่น่าทึ่ง

ฉันคิดว่าคุณสามารถทำการทดลองด้วยตัวเอง ฉันจะใช้ภาพรวมหลายคน (ด้วยกล้อง, การตั้งค่า, โฟกัสและแสงที่ถูกบล็อกไปเป็นค่าเดียวกัน) และมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันของมาตรฐานขอบเป๋และวัด MTF กับImageJและปลั๊กอิน MTFหรือImatest จากนั้นคุณสามารถพล็อตกราฟ MTF ด้วยอุณหภูมิที่แตกต่างกันและดูผลลัพธ์

ฉันคิดว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวที่แตกต่างกันไม่ได้เป็นเพียงสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงนี้วัสดุมีดัชนีการหักเหของแสงต่างกันด้วยอุณหภูมิที่แตกต่างกันและฉันคิดว่าคุณควรคำนึงว่าถ้าเลนส์ของคุณกลายเป็นไอน้ำที่เย็นมาก ๆ อบอุ่นกว่าข้างนอก

ความยาวโฟกัสเพิ่มขึ้น 0.7 promille ในช่วงอุณหภูมิ -10 ถึง 20C และตำแหน่งโฟกัสภาพกลางวัน / กลางคืน / อุณหภูมิในฮับเบิลนั้นได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวัง (และพวกมันไม่ใช่ความสัมพันธ์แบบง่ายๆ "โฟกัสเทียบกับอุณหภูมิ") และอยู่ในช่วง 5- 7 ไมครอน แต่ความเบี่ยงเบนของโมเดลเหล่านั้นก็ยังค่อนข้างใหญ่ สิ่งหนึ่งคืออุณหภูมิและอีกประการหนึ่งคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการแพร่กระจายของการเปลี่ยนแปลงนั้นไปยังส่วนประกอบเมื่อเวลาผ่านไป

ตรวจสอบนี้และนี้และนี้

การออกแบบเลนส์แต่ละแบบจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปฉันตรวจสอบโฟกัสหลาย ๆ ครั้งในระหว่างการถ่ายภาพ astrophoto เพื่อให้แน่ใจว่าฉันไม่ได้เปลี่ยนโฟกัสโดยไม่ได้ตั้งใจด้วยเหตุผลอื่นใด

การทำเครื่องหมายเทปช่วยให้คุณเข้าใกล้พอที่จะเริ่มกระบวนการ เมื่อมุ่งเน้นไปที่แหล่งกำเนิดแสงสลัวเช่นดวงดาวจะไม่มีสิ่งใดปรากฏขึ้นในช่องมองภาพหรือแม้กระทั่งผ่าน Live View จนกว่าจะสามารถทำการโฟกัสได้เนื่องจากจำนวนแสงที่กระจายออกไปไกลเกินกว่าจะตรวจจับได้เมื่อเลนส์อยู่ไกลเกินไป โฟกัส จนกว่าคุณจะใกล้ถึงโฟกัสอินฟินิตี้คุณสามารถกวาดท้องฟ้าทั้งคืนและไม่เห็นสิ่งใดที่จะโฟกัส (ยกเว้นว่ามองเห็นดวงจันทร์ได้) เมื่อคุณเข้าใกล้เช่นเดียวกับที่คุณเป็นถ้าคุณโฟกัสอย่างเหมาะสมก่อนที่จะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมันเป็นการง่ายที่จะเปิด LV, ซูมเข้าบนดาวกลางตรวจสอบโฟกัสและแก้ไขเล็กน้อยหากจำเป็น หลายอย่างขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการให้ดาวของคุณโฟกัสอย่างไร บางครั้งการโฟกัสออกไปเล็กน้อยดูเหมือนจริงมากขึ้นเนื่องจากดาวที่สว่างกว่าจะดูใหญ่กว่าสายตาของเรา

จำนวนทางกายภาพของการหดตัว / การขยายตัวของเลนส์เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในช่วงของคำถามของคุณมีขนาดเล็กมาก แต่ผลกระทบเหล่านั้นมีจำนวนมาก หากหน้าแปลนการติดตั้งของกล้องถูกปิดลงแม้แต่น้อยเพียง 50µm (50 ไมครอนหรือ 0.05 มม.) จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งจะทำให้กล้องใช้งานไม่ได้สำหรับการโฟกัสที่สำคัญทุกประเภทที่รูรับแสงขนาดใหญ่ และเอฟเฟกต์สามารถมองเห็นได้ด้วยความคลาดเคลื่อนเพียง 20µm การถ่ายภาพดาราศาสตร์ซึ่งคุณมีแหล่งกำเนิดแสงน้อยมากในทุกมุมมองมักเป็นงานที่สำคัญที่สุดที่นักถ่ายภาพหลายคนเคยทำ