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Mise au foyer de la caméra CCD
  Effectuer une bonne mise au foyer est un élément très important pour avoir une image de qualité et la plus nette possible. Lorsque la caméra CCD est montée au foyer primaire du télescope, il n'y a pas de position infinie comme on peut le réaliser avec l'objectif d'un appareil photo numérique (APN) par exemple. De plus, on ne peut pas faire une mise au foyer en direct comme avec un APN réflex (la mise au point se faisant sur le verre dépoli de l'APN). 

Voici 3 techniques de mise au foyer ainsi que d'autres conseils concernant cette tâche :
  1. Les logiciels d'aide de mise au foyer
  2. Mise au foyer avec l'aide d'un masque
  3. Le masque Bahtinov
  4. Refaire la mise au foyer au cours de la session d'imagerie
  5. Automatiser la mise au foyer
1.  Les logiciels d'aide de mise au foyer

Pour réaliser la mise au foyer, on peut utiliser la fonction de mise au foyer du logiciel venant avec la caméra CCD.  On vise une étoile brillante (de magnitude de 4 à 8) et on démarre une série d'expositions successives de 0.1 à 5 secondes dépendamment de la luminosité de l'étoile. Tout en regardant l'image à l'écran, on tourne le bouton de mise au foyer du télescope légèrement vers la droite ou la gauche jusqu'à obtenir une image au foyer.  Pour s'aider dans cette tâche, on utilise l'utilitaire de mise au foyer venant le logiciel de la caméra CCD. Par exemple, voici une image graphique permettant le contrôle de la mise au foyer :

Exemple focus contrôlé par graphique
Graphique provenant de Maxim DL

En tournant légèrement le bouton de mise au point vers la gauche ou la droite, on essaie de reproduire la plus haute et étroite ''montagne'' possible comme dans l'image ci-dessus. 

Un autre exemple d'aide à la mise au foyer est offert avec le logiciel Maxim DL : 

Mise au foyer avec Maxim DL

En tournant le bouton de mise au foyer, on observe l'information suivante présentée dans l'image ci-haut :
  • Max Pixel représente la valeur des pixels les plus clairs. Plus la valeur augmente, plus la mise au point s’améliore
  • FWHM représente la grosseur des étoiles (ou des pixels résolus).  Plus la valeur est petite, plus la mise au point s’améliore.
  • Half Flux Dia. est semblable à FWHM.  On l'utilise lorsque l’image est très défocusée.  Les étoiles ressemblent à des ‘’beignes’’.  Plus la valeur diminue plus la mise au point s’améliore.
Le tout serait rapide s'il n'y avait pas la turbulence de l'air. Même si on ne touche pas le bouton de mise au point, on s'apercevra que les valeurs varient continuellement. Ces variations sont dues à la turbulence de l'air. Donc il faut porter une attention pour conserver les meilleures valeurs.

2.  Mise au foyer avec l'aide d'un masque

Les logiciels d'aide de mise au foyer sont très utiles pour réussir une bonne mise au foyer. Sans aucun outil d'aide pour la mise au foyer, il est très difficile de réaliser une bonne mise au point.  Si vous n'avez pas, avec votre caméra, d'utilitaires de mise au point, par exemple vous utilisez une Webcam ou un APN au foyer primaire de votre télescope, voici une méthode qui vous permettra de réussir une bonne mise au foyer. Elle demande un peu de bricolage. Il s'agit de confectionner une feuille de carton noir qui épouse le diamètre de l'ouverture focale de votre télescope ou lunette. On perce 2 ronds ou 2 triangles de quelques centimètres de diamètre qui sont répartis à égale distance du centre du carton. Voici un exemple avec 2 ronds et un autre avec 2 triangles :

Mise au foyer - carton        Mise au foyer triangle  

On installe le carton sur l'ouverture avant du télescope. On peut le maintenir en place avec l'aide de rubans adhésifs. Voici la procédure :
  • Viser une étoile brillante de magnitude supérieure à 4.
  • Régler la caméra pour prendre des expositions successives de 1 à 5 secondes.
  • En regardant à l'écran qui reproduit l'image de la caméra, tourner la bague de mise au point dans le sens qui permet de rapprocher les 2 ronds (ou triangles). Vous remarquerez aussi que les 2 ronds diminuent en taille.
  • Continuer à tourner la bague de mise au point dans le même sens jusqu'à ce que les 2 ronds se rejoignent et ne fassent plus qu'un. À ce moment, la mise au foyer est optimale. 
L'avantage des 2 triangles  sur les ronds consiste en l'apparition de pointes de diffraction autour de l'étoile comme dans l'image suivante :

Pointes de diffracion autour de l'étoile

La précision de mise au foyer est confirmée lorsque les pointes de diffraction sont nettes et réparties également autour de l'étoile. 

Avec toutes ces méthodes, vous remarquerez que la turbulence de l'air crée des variations de mise au foyer qui causent une difficulté dans l'assurance que la mise au foyer est optimale. Personnellement, je m'applique beaucoup dans la mise au foyer de la caméra. Je prends environ 5 à 10 minutes à faire la mise au foyer, analysant les variations dues à la turbulence pour conserver les valeurs les plus optimales. Ça vaut vraiment la peine d'investir du temps pour une bonne mise au foyer, car la qualité de l'image dépendra beaucoup d'une bonne mise au point. 

3.  Le masque Bahtinov

Le masque Bahtinov est une nouvelle technique révolutionnaire de mise au foyer. Il représente une amélioration de la technique des masques décrite au point 2. Cette méthode élimine la turbulence de l'air permettant de réaliser en peu de temps une mise au foyer très précise. Voici une image du masque Bahtinov :

Bahtinov masque

Masque Bahtinov - mise au foyer On installe le masque sur l'ouverture avant du télescope et on procède à la mise au foyer comme suit :
  • Viser une étoile brillante de magnitude supérieure à 4.
  • Régler la caméra pour prendre des expositions successives de 1 à 5 secondes.
  • En regardant à l'écran qui reproduit l'image de la caméra, tourner la bague de mise au point dans un sens ou l'autre jusqu'à ce que la pointe de diffraction du milieu soit précisément au centre des deux autres comme dans l'image ci-contre.
  • À ce moment, on obtient une mise au point très précise.

Avec cette méthode, on a la certitude que la mise au point est optimale. Le temps pour effectuer la mise au foyer est d'environ 1 minute comparativement à la méthode logiciel qui me prend 5-10 minutes en plus de générer de l'incertitude sur la mise au foyer optimale. Un autre point en faveur de ce masque est qu'il élimine complètement les variations de mise au foyer dû à la turbulence de l'air ce qui facilite grandement la mise au point.


On peut installer le masque au bout du pare bué ce qui permet de vérifier rapidement la mise au point après chaque déplacement du télescope. 

On peut fabriquer soi-même le masque. Il faudra par contre une bonne dose de patience et de dextérité pour réaliser cette tâche. Personnellement, j'ai préféré opter pour l'achat d'un masque prêt à l'emploi. Voici un site Web ou on peut se procurer le masque :
http://www.kendrickastro.com/kwikfocus.html

Pour ceux qui veulent fabriquer le masque, voici un site qui explique comment procéder. Il offre aussi gratuitement des patrons pour la plupart des diamètres de télescopes ou lunettes :
http://www.deepskywatch.com/Articles/make-bahtinov-mask.html

Considérant tous les avantages du masque Bahtinov sur les autres méthodes de mise au foyer, je vous recommande cette méthode de mise au point.

4. Refaire la mise au foyer au cours de la session d'imagerie

Pour les tubes en aluminium, durant la session d'imagerie, si la température change de plus de 5 degrés Celsius (pour les télescopes de focale f/6 et moins c.-à-d f/7..f/10), il faudra envisager de refaire la mise au foyer. En effet, les tubes optiques construits en aluminium se dilatent ou se contractent lors des changements de température amenant ainsi une perte du focus. Il est à noter que cette tolérance théorique jusqu'à 5o Celsius de changement température pour ces tubes permettra de conserver une très bonne à bonne mise au foyer. Aussi, le miroir primaire des télescopes Schmidt Cassegrain peut se déplacer lorsque l'équipement passe (bascule) au méridien amenant ainsi une perte de mise au point. 

Pour les tubes en fibre de carbone, il n'est pas utile de refaire la mise au foyer, car ils ne sont pas sensible aux changements de température.

Voici mes recommandations pour éviter de refaire une mise au foyer au cours d'une session d'imagerie :
  • Installer le télescope et tout l'équipement d'astrophoto à l'extérieur au moins une heure avant le début de la session d'imagerie. Ainsi, l'équipement s'adaptera à la température ambiante.
  • Utiliser un site de météo qui présente les variations de température aux heures. Choisir une plage horaire d'imagerie qui présente un écart de 5o Celsius et moins. Vous remarquerez qu'il y a rarement des nuits la température change de plus de 5 degrés (au Québec, cela se produit surtout l'hiver par grand froid). Aussi, je recommande d'évaluer la sensibilité de votre instrument aux changement de température. Tous les détails ici.
  • Le miroir primaire des télescopes Schmidt Cassegrain qui se déplace causant une perte du focus. Préférer un télescope qui permet le blocage du miroir.
  • Pour l'imagerie selon la technique LRVB, utiliser des filtres parafocaux (au focus identique).
  • Pour les télescopes ouverts à f/5 et plus (f/4..f/2), utiliser un tube en fibre de carbone, car ce matériel n'est pas sensible aux variations de température.
  • Si possible, comparer la première image avec une autre durant la session d'imagerie pour s'assurer que le focus n'a pas changé.
Selon mon expérience, dans les rares nuits où je dois refaire la mise au foyer au cours de la session d'imagerie, j'arrête la session d'imagerie lorsque je constate que le focus doit être refait. J'utilise les fonctions du logiciel Maxim DL pour refaire la mise au point (voir le point 1 ci-dessus) en sélectionnant l'étoile la plus brillante du cadrage actuel. Ensuite, je programme une session d'imagerie pour le reste des photos à prendre selon mon plan d'imagerie initial. Le tout me prend moins de 10 minutes.

5. Automatiser la mise au foyer

Pour tous ceux que ça intéresse, il est possible d'automatiser la mise au foyer de ses instruments optiques. Cela consiste à utiliser un focuseur motorisé avec encodeur (ou robofocus) en lien avec un logiciel permettant d'automatiser complètement cette tâche. Il est à noter que si ce matériel est bien configuré, il permettra de conserver une très bonne mise au foyer tout au long de la session d'imagerie. Voici un exemple de matériel à utiliser pour réaliser cette automatisation ainsi qu'un estimé de l'investissement monétaire :

Description de l'équipement Utilité Prix estimé
    $ canadien
     
Robofocus permettant une gestion via un ordinateur    
Pour mon télescope Schmidt Cassegrain Ciel profond 650
Pour ma lunette 80 mm (en fibre de carbonne) Grand champ n/a  
     
Logiciel FocusMax Automatise le focus 200
     
CCDAutoPilot Programme les focus durant 125
  la session d'imagerie  
     
Investissement total estimé   975
     
Les prix sont en date du mois d'octobre 2018

Comme on peut le constater, cette automatisation demande un investissement important. Personnellement, avec mon observatoire permanent qui est facile d'accès, je préfère continuer à effectuer manuellement le focus avec le masque de Bahtinov, car cela me prend seulement une minute de temps pour effectuer cette tâche. Ensuite, dans les rares nuits où je dois refaire le focus, cela me prend moins de dix minutes à le réaliser.







Mise à jour le 19 octobre 2018
 

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Richard Beauregard
Le Ciel Astro - CCD