Wie stark beeinflusst ein Temperaturabfall den Fokus?

In einer Antwort auf die Frage "Welche Objektiveigenschaften sind in der Astrofotografie wichtig?" Es wurde erwähnt : "Wenn sich die Temperatur drastisch ändert, müssen Sie möglicherweise neu fokussieren, da sich unterschiedliche Materialien in der Linse mit unterschiedlichen Raten ausdehnen und zusammenziehen." Aber die akzeptierte Antwort auf "Wie fokussiert man bei sehr dunklen Bedingungen?" schlägt eine Klebebandmarkierung auf der Linse vor, und würde sich das nicht als nutzlos herausstellen, wenn die Temperatur nachts sinkt?

Lässt sich die Fokusverschiebung vorher abschätzen, wenn der Fokus erst abends bei 5 Grad Celsius gefunden wurde und dann nachts die Temperatur auf -10 Grad Celsius abfällt? Wie würde ich die Fokusverschiebung zwischen diesen Temperaturen berechnen oder schätzen?

Ist es andererseits wahrscheinlich, dass eine Temperaturänderung von 15 Grad (27 F) den Fokus wirklich so stark verschiebt, dass ich neu fokussieren müsste? Wie drastische Temperaturänderungen machen normalerweise eine Neufokussierung erforderlich?

In meinem Fall ist es eine kleine DSLR-ähnliche Kamera mit einem 14-mm-Objektiv, das ein etwas großes Frontelement hat und das Objektiv mehr wiegt als das Kameragehäuse. Und der Fokus würde für Sterne im Unendlichen liegen.

Jedes Linsendesign reagiert anders auf Temperaturänderungen. Im Allgemeinen überprüfe ich den Fokus während einer Astrofotografie-Sitzung mehrmals, um sicherzugehen, dass ich nicht versehentlich den Fokus geändert habe, oder aus anderen Gründen. Sobald Sie nah dran sind, wie bei einer Temperaturänderung, ist es relativ einfach, LV einzuschalten, auf einen mittleren Stern zu zoomen und den Fokus zu überprüfen und gegebenenfalls leicht zu korrigieren. Viel hängt davon ab, wie scharf Ihre Sterne sein sollen. Manchmal sieht etwas OOF realistischer aus, da die helleren Sterne für unsere Augen größer erscheinen.
@MichaelClark - Ich habe das Gefühl, dass Sie in Ihren beiden Kommentaren bereits genug haben, um auch eine Antwort zu posten, oder? Die akzeptierte Antwort auf Wie fokussiert man im Dunkeln? empfiehlt eine Klebebandmarkierung auf dem Objektiv, und genau deshalb frage ich diese hier.
Eine Klebebandmarkierung bringt Sie nahe genug, um den Prozess zu starten. Beim Fokussieren auf schwache Punktlichtquellen wie Sterne wird im Sucher oder sogar über Live View nichts angezeigt, bis die Fokussierung fast erreicht ist, da die winzige Lichtmenge zu weit gestreut wird, um erkennbar zu sein, wenn das Objektiv zu weit entfernt ist Fokus. Bis Sie ziemlich nahe am Unendlich-Fokus sind, können Sie den gesamten Nachthimmel schwenken und nichts sehen, worauf Sie fokussieren könnten (es sei denn, der Mond ist sichtbar).

Antworten (4)

Nach meiner Lektüre ist die Materialmenge in einem "handgehaltenen" Objektiv, die sich beispielsweise über 15 ° C ausdehnt / zusammenzieht, so minimal, dass es sich nicht lohnt, darüber nachzudenken.

Bei großen Teleskopen wird dies jedoch wirklich zu einem Problem, sowohl beim Brechen als auch beim Reflektieren (noch mehr).

Wieso den?

Stellen wir uns als (grobes) Beispiel ein großes Spiegelteleskop vor, das eine Körperlänge von 3 m hat und aus Aluminiumrohr besteht. Reines Aluminium hat eine lineare Wärmeausdehnungsrate von 0,0000222 m/m/K, was bedeutet, dass es um 0,0222 mm pro Grad Kelvin (oder C) pro Meter seiner Länge länger / kürzer wird.

Daher würde sich das Teleskop um 0,0222 mm × 3 m × 15 ° C = 0,999 mm verkürzen, wenn die Temperatur um 15 ° C fällt. Zusammen mit der Vergrößerung am Sekundärspiegel führt dies zu einer dramatischen Fokusverschiebung.

Sie haben Recht, dass die physikalischen Mengen an Kontraktion/Expansion sehr gering sind. Aber die Wirkung, die diese Mengen haben, kann erheblich sein. Wenn der Montageflansch einer Kamera auch nur um 50 µm (50 Mikrometer oder 0,05 mm) abweicht, wird die Kamera für jede Art von kritischer Fokussierung bei großen Blenden unbrauchbar. Aber die Effekte können mit einem Fehler von nur 20 µm gesehen werden. Astrofotografie, bei der Sie extrem kleine Punktlichtquellen über das gesamte Sichtfeld haben, ist die fokuskritischste Arbeit, die die meisten Fotografen jemals machen.
Ihr Teleskopbeispiel ignoriert die Auswirkung der Temperatur auf die Form des Spiegels und anderer optischer Materialien sowie die Länge des Rohrs oder der Traversen, die sie tragen.
@MichaelClark - ja, 2 Gründe: Ich habe keine Möglichkeit, das zu berechnen, und zweitens gibt es eine große Variation bei Materialien, Form usw. der optischen Elemente.
Gibt es nicht auch große Unterschiede in den Materialien, Formen usw. der optischen Elemente sowie der Körper, in denen sie untergebracht sind, wenn es um Kameraobjektive geht?
ja ... also ist es ohne ein extrem fortschrittliches Computermodell im Grunde unmöglich zu berechnen (was wahrscheinlich sowieso falsch sein wird, wenn Sie Fett / Schmiermittel, Toleranzen, Verschleiß usw. berücksichtigen).
Da man also etwas nicht berechnen kann, darf es es nicht geben? Das scheint das zu sein, was Sie sagen.
nein ... was ich sage ist, es kann nicht berechnet werden, also werde ich es nicht versuchen.
Wenn Sie es nicht berechnen können, wie können Sie sicher sein, dass es "...so minimal ist, dass es sich nicht lohnt, darüber nachzudenken?"
Das ist wie zu sagen: "Wenn Sie nicht beweisen können, dass es keinen Gott gibt, muss es einen geben" - ich überlasse es Ihnen, die Auswirkung einer Temperaturschwankung von 15 ° C auf ein "14-mm-Objektiv" zu berechnen und irgendwie zu visualisieren - das lineare Wärmeausdehnungsverhältnis von Hartglas liegt zwischen 4 und 5,9 x 10^-6 und Aluminium 22,2 x 10^-6 - :-)
Nein, es ist nicht wie Ihr "Wenn Sie beweisen können ..."-Zitat, das sich auf ein rhetorisches Argument stützt, ohne die Möglichkeit, eine Entität zu beobachten, die per Definition das beobachtbare Universum transzendiert. Denn selbst wenn Sie nicht in der Lage sind, den genauen Betrag der Änderung anhand von Berechnungen basierend auf linearen Spezifikationen und Wärmeausdehnungsverhältnissen usw. vorherzusagen, KÖNNEN Sie die Auswirkungen an einem tatsächlichen Objektiv unter den angegebenen Bedingungen beobachten. Obwohl das OP "in meinem Fall" ein 14-mm-Objektiv erwähnt, würde die allgemeine Art und Weise, wie wir hier Fragen behandeln, auch ein viel längeres Objektiv zulassen.

Ich denke, Sie können selbst einige Experimente durchführen. Ich würde mehrere Schnappschüsse (mit Kamera, Einstellungen, Fokus und Licht auf die gleichen Werte blockiert) und mit unterschiedlichen Temperaturen eines schrägen Kantenstandards machen und die MTF mit ImageJ und MTF-Plugin oder mit Imatest messen . Dann können Sie das MTF-Diagramm mit verschiedenen Temperaturen zeichnen und das Ergebnis sehen.

Ich denke, die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten sind nicht die einzigen Ursachen für diese Änderung, Materialien haben bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Brechungsindizes, und ich denke, Sie sollten berücksichtigen, dass sich in der Optik, weil in Ihrer Kamera, Kondenswasser bilden kann, wenn Ihr Objektiv sehr kalt wird ist wärmer als draußen.

Die Brennweite steigt im Temperaturbereich von -10 bis 20 °C um etwa 0,7 Promille an, und die Fokusposition Tag vs. Nacht / Temperatur in Hubble ist sorgfältig modelliert (und es handelt sich nicht um einfache Beziehungen "Fokus vs. Temperatur") und liegt im Bereich von 5- 7 Mikron. Aber dennoch sind die Abweichungen dieser Modelle ziemlich groß. Eine Sache ist die Temperatur, eine andere Temperaturänderungen und die Ausbreitung dieser Änderung auf die Komponenten im Laufe der Zeit, und dann gibt es noch eine längere Exposition gegenüber diesen Temperaturen.

sieh dir das an und das und das

Jedes Linsendesign reagiert anders auf Temperaturänderungen. Im Allgemeinen überprüfe ich den Fokus während einer Astrofotografie-Sitzung mehrmals, um sicherzugehen, dass ich nicht versehentlich den Fokus geändert habe, oder aus anderen Gründen.

Eine Klebebandmarkierung bringt Sie nahe genug, um den Prozess zu starten. Beim Fokussieren auf schwache Punktlichtquellen wie Sterne wird im Sucher oder sogar über Live View nichts angezeigt, bis die Fokussierung fast erreicht ist, da die winzige Lichtmenge zu weit gestreut wird, um erkennbar zu sein, wenn das Objektiv zu weit entfernt ist Fokus. Bis Sie ziemlich nahe am Unendlich-Fokus sind, können Sie den gesamten Nachthimmel schwenken und nichts sehen, worauf Sie fokussieren könnten (es sei denn, der Mond ist sichtbar). Sobald Sie nah dran sind, wie wenn Sie vor einer Temperaturänderung richtig fokussiert wären, ist es relativ einfach, LV einzuschalten, auf einen mittleren Stern zu zoomen, den Fokus zu überprüfen und bei Bedarf leicht zu korrigieren. Viel hängt davon ab, wie scharf Ihre Sterne sein sollen. Manchmal sieht eine leichte Unschärfe realistischer aus, da die helleren Sterne für unsere Augen größer erscheinen.

Die physikalischen Kontraktions- / Ausdehnungsmengen in der Linse aufgrund von Temperaturänderungen innerhalb des Bereichs Ihrer Frage sind sehr gering. Aber die Wirkung, die diese Mengen haben, kann erheblich sein. Wenn der Montageflansch einer Kamera auch nur um 50 µm (50 Mikrometer oder 0,05 mm) von einer Seite zur anderen abweicht, wird die Kamera für jede Art von kritischer Fokussierung bei großen Blenden unbrauchbar. Und die Effekte sind mit einem Fehler von nur 20 µm sichtbar. Astrofotografie, bei der Sie extrem kleine Punktlichtquellen über das gesamte Sichtfeld haben, ist oft die fokuskritischste Arbeit, die viele Fotografen jemals machen.

Das bringt mich auch dazu, über AA-Filter gegen keine nachzudenken ...
Kameras, die mit einem später entfernten AA-Filter ausgestattet sind, benötigen einen Abstandshalter, um den Abstand zwischen Sensor und Flansch so zu halten wie vor dem Entfernen des AA-Filters, wenn Sie darauf hinauswollen.
Nein, eigentlich habe ich über die Qualität des Fokus von Punktquellen (Sternen) nachgedacht, AA ist da, um das Bild leicht zu verwischen, also wird Nicht-AA für Astro bevorzugt?
Es hängt davon ab, ob. Für die meisten Fotografen, die die meisten Kameras verwenden, wahrscheinlich ja. Wenn Sie jedoch bestimmte Nikons oder ähnliche Kameras verwenden und eine Punktquelle klein genug ist (leuchtet nur ein einzelnes Pixel auf?), wird die A / D-Wandlung sie als Rauschen verwerfen. Aus diesem Grund sind die D300S und D7000 als „Sternenfresser“ bekannt, selbst mit einem AA-Filter.
Es scheint, dass ein Grund, warum die Nikon-Sensoren die Canons bei DxO Mark durchweg übertreffen, darin besteht, dass Nikon vor dem Speichern der RAW-Datei etwas Rauschunterdrückung auf den Sensor selbst anwendet, während Canon die gesamte Rauschunterdrückung bis nach dem Punkt im Prozess belässt, an dem die RAW-Datei aufgezeichnet wurde .
Bezogen auf Ihren „Sternenfresser“-Kommentar oben: 4 Jahre später, und es sieht so aus, als würden Unternehmen es immer noch schaffen, „Sternenfresser“-Situationen zu schaffen. Ende 2016 veröffentlichte Sony ein Firmware-Update für seine a7SII- und a7RII-Kameras ( The Star Eater Issue: Why I No Longer Recommend Sony Cameras for Astrophotography at petapixel.com), das ein aggressiveres (und leicht hirntotes) Rauschen enthielt Reduzierung und Hot-Pixel-Entfernung räumlicher Filter. Es endete damit, dass ansonsten großartige Kameras zu Sternenfressern wurden.
@scottbb Es wird interessant sein zu sehen, wie sich die neuen Sensoren von Canon, die anscheinend mehr auf die NR verbrauchen als in der Vergangenheit (denn anscheinend ist es das, was eine Punktzahl bei DxO erhöht), auf ihre Astrofähigkeiten auswirken werden. In der Vergangenheit galten Canon-Sensoren als diejenigen, die schwache Sterne am wenigsten als Rauschen eliminieren konnten.
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