Správné zaostření fotoaparátu (to znamená umístění citlivé vrstvy políčka filmu do obrazové roviny objektivu) je jedna z nejdůležitějších věcí v oblasti astrofotografie a zdaleka to není tak jednoduchá záležitost, jak se může někomu zdát. Už velmi malá nepřesnost v zaostření může způsobit rozdíl mezi podprůměrnou fotografií a fotografií publikovatelnou v populárně vědeckém časopisu. Zaostřování v astrofotografii se provádí v téměř naprosté tmě, s minimem světla přicházejícího od hvězd, často za velmi nízkých teplot, únava uprostřed noci nabývá malá – to vše nám jistě neusnadní dosažení správného zaostření.

Dosažení správného zaostření může zkomplikovat řada věcí:

Jedním z problémů je, že ohnisková rovina mnoha dalekohledů není plochá, ale je zklenutá a to obzvláště u světelných objektivů. Jeho důsledkem je to, že na výsledné fotografii jsou ostře zobrazeny objekty (hvězdy) pouze v okolí středu snímku a se vzrůstající vzdáleností od středu ostrost hvězd klesá. Tento problém je možné vyřešit použitím optického členu, tzv. zplošťovače klenutého pole. Tento člen však musí být navržen pro konkrétní objektiv a jeho cena je poměrně vysoká. Pokud zplošťovač nemáme, tak si musíme pomoci kompromisem. Zaostříme tak, aby výsledná ostrost byla uspokojivá pro všechny části fotografie. Toho dosáhneme např. při použití metody ostří nože, kdy ostří neumístíme do středu obrazového pole, ale např. ve vzdálenosti 1/3 šířky políčka filmu od středu a tím dosáhneme toho, že bude ostrost přijatelná v celém rozsahu výsledné fotografie (možná :)  ).

Dalším z problémů, které mohou zkomplikovat zaostření, jsou např. optické chyby objektivu. U světelných objektivů se nejvíce projevuje koma. Tuto chybu je možné částečně korigovat přicloněním objektivu, ale tím samozřejmě přicházíme o hlavní přednost světelného objektivu, tzn. že snížíme sběrnou plochu objektivu a tak pro dosažení stejného výsledku jako při nezaclonění musíme adekvátně prodloužit expoziční dobu. Mezi další optické chyby patří např. astigmatismus a nebo např. sférická a chromatická aberace.

Mezi „mechanické“ problémy, které mohou mít vliv na zaostření, patří např. působení změn v teplotě ovzduší, prohnutí políčka filmu ve fotoaparátu či špatně kolimovaná optika. V důsledku velkých změn teploty v průběhu noci může docházet vlivem teplotního roztahování či smršťování tubusu či jiných součástí dalekohledu k posunu polohy obrazové roviny objektivu vzhledem k poloze filmu a tím způsobit rozostření fotografie. Tento problém se projevuje hlavně u optických soustav dalekohledů typu Cassegrain. Ke zmenšení vlivu tohoto problému je vhodné začít zaostřovat až poté, co se vyrovná teplota dalekohledu s teplotou vzduchu a pak kontrolovat zaostření před každým záběrem. Prohnutí políčka filmu ve fotoaparátu bývá způsobeno působením vzdušné vlhkosti na povrch filmu. Důvod může být např. ve špatné konstrukci zařízení přitlačující film a nebo je chyba v samotném filmu, který je na vlhkost „příliš“ citlivý a bude nutné vyzkoušet jiný typ filmu (např. od jiného výrobce). Tento nedostatek se více projevuje u „otevřených“ dalekohledů (Newtony, Cassegrainy..), kdy může vzduch působit bez překážek přímo na film. Špatně kolimovaná optika (to tzn. že všechny optické členy nejsou „v ose“) způsobí to, že se více projeví optické chyby zobrazení. Poznáme to tak, že je na jedné straně fotografie výrazně větší optická chyba (např. koma) než na druhé straně fotografie. Řešení je jednoduché, stačí provést kolimaci optiky.

Jak kritické je vlastně zaostření? To je závislé na několika věcech, např. co očekáváme od výsledné fotografie (jak jsme sami kritičtí), jaká je rozlišovací schopnost dalekohledu nebo objektivu fotoaparátu, jaké je rozlišení filmu (velikost zrna) a hlavně jak je závislá hloubka ostrosti na světelnosti optické soustavy.

Naštěstí, k dosažení správného zaostření existuje řada metod. Některé jsou méně vhodné, jiné poskytují lepší výsledky. Pokusím se v této kapitole vysvětlit principy některých z těchto metod.

---

Trocha teorie

Nejčastější otázka bude asi znít nějak takto: jak velkou chybu si mohu v zaostření dovolit? Odpověď je poměrně jednoduchá: to záleží na světelnosti objektivu. Čím je světelnost objektivu větší, tím menší chybu v zaostření si můžeme dovolit. Pokusím se to trochu více vysvětlit.

Díky difrakčním vlivům se nám bodový světelný zdroj, jako je např. hvězda, nezobrazí v ohniskové rovině objektivu opět jako bod, ale jako soustava soustředných kroužků. Těmto kroužkům se také říká např. difrakční, ohybové a nebo rozptylové kroužky. Centrálnímu, nejjasnějšímu kroužku se také říká Airyho disk (podle britského královského astronoma Sira George Airyho). Tento Airyho disk je obklopen soustavou jasných difrakčních kroužků a kdy jasnost těchto kroužků velice rychle klesá se vzdáleností od Airyho disku. Tyto difrakční disky jsou téměř nezachytitelné na fotografické emulzi, a proto je vhodné brát v úvahu pouze Airyho disk.

Při dokonalém zaostření a za dokonalých podmínek tak fotografický objektiv dokáže zobrazit hvězdu (bodový zdroj světla) jako objekt minimálně s velikostí Airyho disku. Toto platí pouze v dokonalém světě, reálně však bude mít zobrazená hvězda velikost asi 2-3 krát větší než je Airyho disk, což je způsobeno hlavně optickými chybami dalekohledu, seeingem (rozptylem světla hvězdy v atmosféře, to jest např. známé mihotání hvězd na obloze), popř. špatným pointováním. V přímé závislosti na velikosti Airyho disku je tzv. hloubka ostrosti, což je vlastně tolerance, jakou si můžeme dovolit při zaostřování.

Velikost Airyho disku i velikost hloubky ostrosti se dá snadno matematicky odvodit, a tím vlastně stanovit možnou toleranci v zaostření.

Velikost Airyho disku získáme ze vztahu:

             d = 2.44 * lambda * f, kde d je velikost Airyho disku v mm, 2.44 je konstanta, lambda je vlnová délka světla, pro kterou počítáme velikost Airyho                                                          disku a f je světelnost fotografického objektivu či zrcadla.

 Pokud pro zjednodušení použijeme jako vlnovou délku světla lambda 650 nm, můžeme si upravit vztah na:

             d = 0.001586  * f  (2.44 * 0.00065 mm = 0.001586 mm)

Hloubka ostrosti je vlastně tolerance (vzdálenost před a za bodem dokonalé ostrosti; na obrázku vzdálenost mezi A a B), kdy bude objektivem zobrazena hvězda jako objekt menší a nebo stejně velký jako Airyho disk. Matematicky je možné stanovit hloubku ostrosti jako:

            ho = 2*f*d, kde ho je hloubka ostrosti, f je světelnost objektivu a d je velikost Airyho disku.

 a podle těchto vztahů si sestavit např. takovouto tabulku:

světelnost objektivu (clona)	průměr Airyho disku (v mm)	hlouka ostrosti (teoretická; v mm)	hloubka ostrosti (praktická; v mm)
f/1	0.00158	0.00317	0.01
f/1.4	0.00222	0.00621	0.02
f/2	0.00317	0.01268	0.04
f/2.8	0.00444	0.02486	0.07
f/4	0.00634	0.05075	0.15
f/5.6	0.00888	0.09946	0.30
f/8	0.01268	0.20300	0.60
f/11	0.01744	0.38381	1.20
f/16	0.02537	0.81203	2.40

Z této tabulky je jasně vidět, že tolerance v zaostření jsou velice malé a že je proto potřeba této záležitosti věnovat náležitou pozornost.

---

Zaostření přes hledáček (matnici)

Nejjednodušší cestou, jak zaostřit fotoaparát například při fotografování v primárním ohnisku dalekohledu, je zaostřit objekt s použitím prizmatického hledáčku fotoaparátu.

Tato metoda je naprosto nevhodná pro použití v astrofotografii. Její hlavní nevýhodou je její zcela nedostačující přesnost v zaostření. Většina jednookých zrcadlovek dostupných pro „normálního“ astrofotografa (Praktiky, Zenity a pod.) mají tu nevýhodu, že jejich matnice jsou poměrně dost tmavé a „zrnité“. Na takovýchto matnicích je nemožné dosáhnout uspokojivého zaostření. I pokud k zaostření použijeme jasnou hvězdu, tak je velmi obtížné posoudit, kdy je obraz dobře zaostřen. Dokonce zaostřit takový objekt, jako je např. Měsíc, nevede k úspěchu. Z mé vlastní zkušenosti vím, že ostrost výsledné fotografie není dobrá a je to spíš otázka náhody, kdy se povede zaostřit. Obraz hvězdy se zdá být dobře zaostřený v poměrně velkém rozsahu (u mého Zenita je to až několik milimetrů), což při porovnání s hodnotami v tabulce povolených tolerancí v zaostření (viz. výše; řádově desetiny milimetru) samo o sobě vypovídá o kvalitě zaostření. Tento velký rozsah, kdy se nám může zdát obraz dostatečně dobře zaostřený, není způsoben pouze kvalitou matnice fotoaparátu, ale velký vliv má i schopnost lidského oka akomodovat jemné detaily v zaostření (oko si samo s použitím očních svalů obraz doostří). Navíc je tato metoda „citlivá“ na oční vady, jako je např. krátkozrakost či dalekozrakost.

U kvalitnějších fotoaparátů je někdy dostupná možnost výměny matnice za jinou a nebo je možné použít různé lupy či mikroskopy pro hledáčky k lepšímu zaostření. Výměna matnice za jinou, např. poskytující jasnější a ostřejší obraz, může podstatně zlepšit kvalitu zaostření. Ale i přesto přesnost zaostření nedosáhne kvality, které jsou schopny dosáhnout jiné metody.

Z mého pohledu je použití této metody pouze mrhání času a mrhání fotografickým materiálem a považuji ji za zcela nevhodnou (jak jsem již napsal, vím to z vlastní zkušenosti).

---

Použití Hartmanovy masky

Podstatně lepší kvality zaostření, než v případě použití předchozí metody, je možné dosáhnout použitím tzv. Hatmanovy masky (či Scheinerova disku).
Hartmanova maska je jednoduché zařízení. Je to maska upevněná před objektivem ve které jsou dva, popř. více otvorů (pokud jsou otvory dva, tak se hovoří o Scheineroivě disku, pokud je otvorů více, jedná se Hartmanovu masku; všeobecně se však u obou variant všeobecně používá pouze termín Hartmanova maska). Lepší než jakýkoli popis je jednoduchý obrázek, ze kterého je vše patrné:

Masku je nejjednodušší vyrobit z tvrdého papíru (kartonu), do kterého vyřízneme dva a nebo více otvorů. Průměr otvorů by měl být přibližně 1/3 průměru objektivu a vzdálenost mezi otvory by měla být přibližně stejná jako je průměr těchto otvorů. Všeobecně se však může velikost otvorů a vzdálenosti mezi nimi pohybovat v téměř libovolných mezích. Ovšem, pokud použijeme malé otvory, tak tím podstatně omezíme množství světla procházejícího objektivem a tím i snížíme jasnost hvězd, na kterých zaostřujeme.

Při zaostřování postupujeme takto:

Nasadíme masku a zamíříme dalekohled na některou jasnou hvězdu. Při pohledu na matnici fotoaparátu uvidíme každou hvězdu jako dvojici „hvězd“ (nebo trojici – to záleží na počtu otvorů v masce). Při zaostřování se nám tyto dvojice k sobě přibližují (či vzdalují – záleží to na tom, zda jsme před a nebo za bodem ostrosti). Správné zaostření dosáhneme tehdy, pokud tyto dvojice či trojice splynou v jeden bod (jednu hvězdu).

Bohužel, tak jednoduché to většinou není. Projevují se zde stejné vady a nedostatky, jako v předchozí metodě, tzn. hlavně to, že kvalitu zaostření posuzujeme opět na matnici fotoaparátu. Většinou je obtížné posoudit, kdy nám již dvojice splynuly. K usnadnění je vhodné vyzkoušet k zaostřování hvězdy různých jasností či vyzkoušet různé velikosti a vzdálenosti otvorů v masce a používat hvězdy takových jasností a otvory takových velikostí, kdy je posouzení zda obrazy hvězd splynuly, nejsnazší a nejzřetelnější. Nebo je možné použít postup, který většinou používám já. Při zaostřování se obrazy hvězd k sobě přibližují, pak dosáhnou bodu ostrosti, a pak se obrazy začnou od sebe vzdalovat. Já zaostřuji tak, že „postupně aproximuji“ bod ostrosti, tzn. že se snažím nalézt bod mezi stavem, kdy se mi obrazy k sobě přibližují a kdy se mi již obrazy začnou od sebe vzdalovat.

Tato metoda má však i jednu velkou výhodu. Je možné ji použít i na takové objekty jako je např. Měsíc nebo úhlově větší planety, což např. u ještě přesnější metody- metody ostří nože nelze (tuto metodu je možné použít pouze pro bodové světelné zdroje – hvězdy).

---

Zaostřování pomocí testovací fotografie

Jedná se o poměrně jednoduchou metodu jak zaostřit teleobjektiv či fotoaparát upevněný k dalekohledu.

Princip je jednoduchý a jsou použitelné v zásadě dvě modifikace této metody:

1. provede se série několika pointovaných expozicí s různým zaostřením, negativ se nechá vyvolat a na základě výsledných fotografií (či po prohlédnutí negativu např. pomocí lupy) se vybere pro příští, „ostré“ fotografie taková pozice zaostření, při které byla výsledná fotografie nejostřejší. U této metody je nutné, aby byl okulárový výtah dalekohledu opatřen nějakou stupnicí (pro její schopnost opakovaného použití). Při „výrobě“ pokusných fotografií postupujeme tak, že zaostříme co možná nejpřesněji (např. pomocí Hartmanovy masky) a dále provedeme několik expozicí v pozici před a po tomto přibližném zaostření a přitom si pečlivě zaznamenáme ke každé fotografii pozici zaostření (buď podle stupnice okulárového výtahu a nebo podle stupnice na zaostřovacím kroužku teleobjektivu).
2. provede se série nepointovaných expozicí s různým zaostřením na jedno políčko filmu. Postupujeme takto: opět přibližně zaostříme, provedeme krátkou expozici, zakryjeme objektiv, přeostříme, chvilku počkáme, odkryjeme objektiv a opět stejnou dobu exponujeme, zakryjeme objektiv, přeostříme, chvilku počkáme, odkryjeme objektiv a exponujeme, ... . Po několika expozicích s různým zaostřením provedeme ještě jednu expozici s poloviční expoziční dobou. Tato poslední expozice nám poslouží k tomu, abychom snadno mohli na výsledné fotografii rozhodnout, která expozice byla první a která poslední. Opět je nutné provést několik expozicí před a po bodu přibližného zaostření a pečlivě si zaznamenat pozici na okulárovém výtahu pro každou expozici. Výsledná fotografie by měla vypadat nějak takto (jedná se o uměle vytvořenou „fotografii“):

Zde je jasně patrné, že při expozici označené c bylo zaostření nejlepší (stopa hvězdy je nejužší a nejostřejší) a je proto vhodné pro další „ostré“ fotografie používat pozici na stupnici okulárového výtahu stejnou s pozicí při expozici c. Pro tuto modifikaci je vhodné fotografovat hvězdy v okolí nebeského rovníku, protože zde je úhlový pohyb hvězd největší a proto dochází k menšímu přeexponování stop hvězd, než jak je tomu při exponování hvězd s větší deklinací. Také je potřebné vybrat vhodné hvězdné pole ve kterém se vyskytují hvězdy různých jasností, protože u hvězd velmi jasných či velmi slabých bývá poměrně obtížné rozlišit mezi dobrým a špatným zaostřením. Tuto metodu je možné úspěšně zkombinovat s Hartmanovou maskou, kdy na výsledné fotografii se nám zobrazí  každá hvězda jako soustava dvou stop postupně se k sobě přibližujících. V pozici, kdy nám stopy splynou, je dosaženo nejlepšího zaostření. Při tomto využití Hartmanovy masky je nutné použít masku s pouze dvěma otvory a tyto otvory musí být orientovány ve směru sever-jih (kolmo na zdánlivý pohyb hvězd)

U této metody je vhodné používat pro pokusnou fotografii film stejného typu jako pro výsledné fotografie a při zaostřování otáčet zaostřovacím mechanismem ve stejném směru jako při pokusné fotografii (aby se odstranily vůle v zaostřovacím mechanismu okulárového výtahu a nedocházelo tak k chybnému zaostření)

Hlavní nevýhodou této metody je fakt, že poloha správného zaostření je závislá na teplotě vzduchu v době fotografování (v důsledku tepelného roztahování materiálů, ze kterých je vyroben dalekohled, dochází ke změně polohy ohniska). Tato nevýhoda se dá poměrně dobře odstranit tím, že se provedou pokusné fotografie za různých teplot a podle výsledků se vytvoří tabulka polohy správného zaostření při různých teplotách.

---

Zaostřování pomocí metody ostří nože

Tato metoda je zřejmě nejvhodnější k dosažení dostatečně přesného zaostření. Není závislá na kvalitě zraku a je ji možné s úspěchem používat i s nasazenými brýlemi či bez nich.

Princip je jednoduchý. Pomocí matnice fotoaparátu umístíme přibližně do středu zorného pole dalekohledu s fotoaparátem jasnější hvězdu a  otevřeme zadní část těla fotoaparátu (tam, kde se zakládá  film). Na kolejničky, po kterých se posouvá film se umístí tenký a ostrý břit  (přibližně do středu políčka) a co nejblíže k tomuto břitu přiložíme oko. Měli bychom vidět světlý kotouč rozprostírající se téměř po celé ploše objektivu. Nyní pohybujeme dalekohledem pomocí jemných pohybů v rektascenzi sem a tam a pozorujeme, jakým způsobem dochází k tmavnutí světlého kotouče (jak se hvězda schovává za ostří). Kotouč bude tmavnout z jedné či z druhé strany vzhledem ke směru pohybu dalekohledu a to, z jaké strany to bude, záleží na tom, zda jsme momentálně před a nebo za bodem přesného zaostření. Naším úkolem je nalézt takovou polohu v zaostření, kdy dojde ke ztmavnutí světlého kotouče co nejrychleji při co nejmenším pohybu dalekohledu (v této poloze je fotoaparát zaostřen). Toto je dobře patrné z přiloženého obrázku. Pokud je ostří mimo bod přesného zaostření (bod 2 a 3), tak ostří musí procházet větším průřezem světelného kužele a tudíž dochází k postupnému tmavnutí světlého kotouče. Naopak, pokud je dobře zaostřeno (ostří je v bodě 1), tak ostří protíná světelný kužel v místě s teoreticky bodovým průřezem, a tak dojde k téměř okamžitému ztmavnutí světlého kotouče.

Praktická realizace

Jaký použít břit? Všeobecně se dá použít jakýkoli ostrý břit, někdo třeba používá kousek žiletky, ale mě se nejvíce zalíbil jiný způsob.

Jako břit se použije kousek starého filmu, který se z jedné strany zbrousí do ostří tak, aby hrana byla dostatečně ostrá. Tento kousek filmu se lepící páskou přichytí na kousek tenkého sklíčka (velikost jedné strany je přibližně stejná jako je vzdálenost vnějších kolejniček) a toto sklíčko s filmem se přiloží na kolejničky sloužící k vedení filmu. Důležité je, aby film těsně doléhal na vnitřní kolejničky, aby mu v tom nepřekážela např. lepící páska určená k přichycení filmu ke sklíčku a aby film těsně přiléhal ke sklíčku (aby nebyl zkroucený v důsledku zatočení v pouzdře filmu a tím „odchlípnutý“ od sklíčka).

Tato metoda má však jednu velkou nevýhodu. Dá se použít pouze v případě, že ve fotoaparátu ještě nemáme založen film. Jde to vyřešit tak, že zaostříme před vložením filmu a na zaostřovacím zařízení (zaostřovací kolečko na teleobjektivu či okulárový výtah) si přesně poznamenáme polohu správného zaostření a při fotografování v jinou noc zaostříme (víceméně naslepo) do této poznamenané polohy. Druhou možností je obstarat si druhé tělo (třeba i zcela nefunkční) fotoaparátu shodného typu s tím, s jakým hodláme fotografovat. Třetí možností je si toto druhé tělo jednoduše vyrobit. Zde je důležité dodržet  pouze jednu věc: vzdálenost od závitu fotoaparátu  (či od bajonetového spojení) k vnitřním kolejničkám musí být naprosto stejná s fotoaparátem.

---

Zaostření pomocí parfokalizovaného okuláru

Nejvhodnější, nejrychlejší a nejjednodušší metodou pro dosažení opakovatelné vysoké přesnosti v zaostření je použití tzv. parfokalizovaného krátkoohniskového okuláru.

Princip je naprosto jednoduchý. Zaostříme dalekohled s fotoaparátem použitím některé z metod (Hartmanova maska či ostří nože). Potom odšroubujeme fotoaparát a vložíme do okulárového výtahu („na doraz“) redukci s okulárem. Nyní posunujeme okulárem v redukci tak, až dosáhneme postačující ostrosti obrazu a pevně zajistíme okulár tak, aby se již nemohl v redukci pohnout. Připomínám, že při tomto zaostřování okuláru zaostřujeme tak, že posunujeme okulárem v redukci a ne zaostřováním pomocí okulárového výtahu.

Příště, při zaostřování fotoaparátu, postupujeme obdobně (ale opačně). Vložíme do okulárového výtahu redukci s okulárem, zaostříme na hvězdy či na Měsíc, sundáme redukci s okulárem a nasadíme na okulárový výtah tělo fotoaparátu. Tím máme zajištěno správné zaostření. Podotýkám, že je potřeba použít krátkoohniskový okulár (okolo 4 mm), protože takovýto okulár má dostatečně malou hloubku ostrosti. Při použití okuláru s delší ohniskovou vzdáleností se nám při zaostřování může obraz zdát dostatečně ostrý v poměrně velkém rozsahu, klidně i několika mm, což je pro přesnost, jakou potřebujeme dosáhnout, naprosto nedostačující.

---

Pár rad a k zaostřování

-nesnažte se zaostřovat na matnici fotoaparátu, je to pouze ztráta času a fotografického materiálu. Dosažení správného zaostření je pouze dílem náhody.
-zvolte si vhodnou metodu pro váš přístroj. Není např. nutné používat pro málo světelný přístroj (větší hloubka ostrosti – větší povolená tolerance               v zaostření) některou z velmi přesných metod, určitě postačí např. použití Hartmanovy masky.
-při zaostřování zaujímejte, pokud je to možné, pohodlnou pozici. Pohled očí by měl být přímý.
 -je vhodné používat krytku pro druhé oko, tak, aby při zaostřování mohli být otevřeny obě oči a nedocházelo tak k jejich nadměrné únavě.
-při použití metody testovací fotografie používejte pro testy i pro fotografie stejný typ filmu.
-překontrolujte zaostření pře každým snímkem. Např. teplota okolního vzduchu může „hýbat“ se zaostřením.
-překontrolujte kvalitu zaostření při fotografování teleobjektivem. Ne vždy souhlasí značka pro nekonečno na zaostřovacím kolečku s polohou, kdy je ve skutečnosti nekonečno zaostřeno.
 -zaznamenávejte si potřebné informace ke každé fotografii pro jejich pozdější použití při vyhodnocování kvality fotografií.