Al pari della messa in stazione e dell'autoguida, la messa a fuoco è un elemento estremamente importante per la buona riuscita di una ripresa ccd.

Chi non ha mai eseguito la messa a fuoco nelle riprese ccd tende a sottovalutare le difficoltà che si incontrano, immaginando che sia altrettanto facile della messa a fuoco visuale, con l'oculare o con la macchina fotografica collegata al telescopio.

In realtà le cose non stanno per niente così, per le seguenti ragioni:

• Le dimensioni dei sensori ccd sono molto piccole ed ogni minima variazione di distanza del piano focale dall'obiettivo produce grandi variazioni sulla messa a fuoco.
  
• A differenza della messa a fuoco visuale, con la camera ccd non si può esaminare il risultato dal vivo. Infatti la camera ccd non è una telecamera, ma una macchina fotografica digitale, in grado di scattare una foto e scaricarla sul pc per la visualizzazione. Per la messa a fuoco diviene quindi  necessario eseguire ciclicamente le seguenti operazioni:
    - Ripresa di un'immagine;
    - Download e visualizzazione dell'immagine sul monitor del computer;
    - Valutazione della messa a fuoco;
    - Modifica empirica della messa a fuoco (intra o extrafocale);
    - Riprendere dal punto 'a' e ripetere questo ciclo fino all'ottenimento della messa a fuoco ottimale.

La mancanza di percezione visuale della variazione del fuoco rende l'operazione lunga ed a volte anche frustrante, sopratutto quando la meccanica del fuocheggiatore non è di grande precisione.

In una recente e-mail qualcuno che non aveva mai messo a fuoco con la camera ccd mi aveva suggerito di memorizzare il punto esatto con una matita facendo un segno sul fuocheggiatore; così le prossime volte sarebbe stato semplice riposizionare il fuoco nello stesso punto.

Purtroppo questa soluzione non è sufficiente, in primo luogo perchè non è possibile ritornare con precisione sullo stesso punto (siamo nell'ordine delle decine di micron) e, in secondo luogo, perchè le condizioni non saranno mai uguali a quelle della sessione precedente, sopratutto per via della differenza di temperatura che interviene sulla lunghezza dell'ottica per via dell'effetto di dilatazione termina nei corpi, vanificando tutto in ragionamento.

Le parti meccaniche che mantengono la distanza del sensore dall'obiettivo rivestono quindi un'importanza rilevante nella buona riuscita della messa a fuoco e del suo mantenimento durante la ripresa.


LA TECNICA

Attualmente io utilizzo un fuocheggiatore elettronico col display che visualizza la distanza nei vari punti di escursione. Ma prima di vedere la messa a fuoco con questo comodissimo strumento, vorrei soffermarmi sulla tecnica della messa a fuoco manuale, che ho utilizzato fino a qualche tempo fa:

1. Inquadro un campo ricco di piccole stelle, tipicamente in un braccio della Via Lattea. Non è necessario che la messa in stazione sia perfetta, l'importante è che sia sufficientemente precisa da non far perdere le stelle inquadrate durante il tempo necessario per mettere a fuoco;

2. Predispongo il software di controllo della camera ccd per riprendere, scaricare, visualizzare e riprendere di nuovo ciclicamente; inizialmente in binning 3x3, con tempi di posa di un secondo;

3. Porto subito il fuocheggiatore in posizione leggermente extrafocale, e poi riporto indietro la messa a fuoco, molto lentamente, tra un frame e l'altro, fino al raggiungimento del miglior fuoco. Se mi rendo conto di aver sorpassato il punto di miglior fuoco, indietreggio leggermente per tornare in extrafocale e riprendo ad avvicinarmi lentamente. Durante queste operazioni controllo costantemente il valore di Sharpness e/o di FWHM (Full-Width / Half-Maximum), oltre che controllare a vista la puntiformità delle stelle;

4. Trovato il miglior punto di fuoco, blocco l'acquisizione automatica, attivo il subframe su un' area contenente stelle piccole e stelle piccolissime, attivo il binning 1x1 e allungo il tempo di posa a 5-10 secondi. Con il subframe attivo il sistema scaricherà soltanto l'area selezionata, riducendo di molto il tempo di download. Diversamente un intero frame in binning 1x1 richiederebbe parecchi secondi, allungando enormemente la durata della sessione di messa a fuoco;

5. Riprendo la sessione di acquisizione continua e cerco il miglior fuoco allontanandomi molto leggermente in extrafocale per avvicinarmi molto più lentamente al fuoco ottimane con la procedura descritta al punto 3.

Il rapporto FWHM si ottiene con taluni software (MaxIm/DL per tutti) dalla lettura dei livelli di luminosità di una stella, su un segmento rappresentato dal diametro del disco stellare.
I livelli di luminosità letti nei vari punti del diametro vengono rappresentati sul piano cartesiano, sul quale l'asse orizzontale rappresenta i vari punti del diametro, mentre l'asse verticale indica i livelli di luminosità via-via registrati.

La curva ha un tipico aspetto a campana, con la parte più alta nella zona centrale del disco. Se la parte centrale in cima è piatta, significa che l'eccessiva esposizione ha mandato in saturazione i pixel centrali dell'alone stellare. Di buona norma, per ricavare un buon valore FWHM, il massimo livello di luminosità al centro non dovrebbe superare il 50-70% della saturazione del ccd.

Eseguita la lettura, il valore FWHM rappresenta l'acutanza della curva. Più la curva è appuntita, più la messa a fuoco è precisa. Il valore ideale di FWHM dovrebbe aggirarsi intorno ad 1,4 - 1,7. Più tende verso 1, valore ideale ma pressoché impossibile da raggiungere, più la messa a fuoco è precisa.

Il livello di Sharpness che si legge in CCDSoft è simile all'FWHM ed è rappresentato su un grafico temporale, sul quale l'asse orizzontale aumenta di un' unità ad ogni successiva ripresa e l'asse verticale rappresenta il livello di acutanza dell'immagine, ricavata dallo stesso software sulla stella più conveniente in campo. Più il livello di Sharpness è alto, migliore è la qualità della messa a fuoco.

Se il livello di FWHM (o Sharpess) è molto variabile tra un fotogramma ed il successivo, senza alcuna modifica della messa a fuoco, vuol dire che il seeing è molto instabile ed influenzerà negativamente la ripresa. In questo caso io toglierei subito la camera ccd dal telescopio e la monterei con un teleobiettivo per fare riprese a largo campo, nelle quali la scarsa qualità del seeing non è molto rilevante.

Con il fuocheggiatore elettronico sarebbe possibile utilizzare il sistema di messa a fuoco automatica @Focus in dotazione con CCDSoft, oppure il software FocusMax, gratuito, disponibile sia per MaxIm che per CCDSoft.

La procedura di messa a fuoco con l'aiuto del fuocheggiatore elettronico è identica a quella applicata manualmente, ma offre il notevole vantaggio di poter ritornare con estrema precisione sui precedenti punti di messa a fuoco, e valutare facilmente le differenze tra le varie posizioni.

Una sessione di messa a fuoco manuale richiede circa 30-40 minuti, mentre una sessione di messa a fuoco manualecon il fuocheggioatore elettronico richiede circa 20 minuti.