¿Cuánto afecta una caída de temperatura al foco?

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.

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.

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.

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.

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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.