Een Barlow-lens is een negatieve (divergerende) lens of lenzengroep die tussen het oculair en de focuser van een telescoop wordt geplaatst. Het ontwerp stamt uit de negentiende eeuw en is vernoemd naar de Britse wiskundige en natuurkundige Peter Barlow (1776–1862), die de lens rond 1833 ontwierp. Waar de meeste optische elementen in een telescoopopstelling licht convergeren, doet een Barlow-lens precies het tegenovergestelde: ze spreidt de lichtbundel uiteen voordat die het oculair bereikt, waardoor het brandpunt verder naar achteren verschuift.
Dat heeft een direct en zeer praktisch gevolg: de effectieve brandpuntsafstand van de telescoop neemt toe zonder dat de telescoop zelf fysiek langer hoeft te worden. In de meest gangbare uitvoering vergroot een Barlow-lens de brandpuntsafstand met een factor twee, maar versies met een factor 1,5x, 2,5x, 3x en zelfs 5x zijn verkrijgbaar. De vergroting die een oculair levert, is gelijk aan de brandpuntsafstand van de telescoop gedeeld door de brandpuntsafstand van het oculair. Door de effectieve telescoopbrandpuntsafstand te verdubbelen met een 2x Barlow, levert elk oculair in de collectie plotseling tweemaal zo veel vergroting als normaal. Wie drie oculairen bezit, heeft met één Barlow in feite zes verschillende vergrotingen beschikbaar.
Het optische principe in detail
Om de werking goed te begrijpen, is het nuttig om het stralengangmodel erbij te halen. In een ongewijzigde telescoop convergeert de objectieflens of spiegel het licht naar één punt: het brandpunt. Het oculair wordt precies zo gepositioneerd dat dit brandpunt samenvalt met de brandpuntsafstand van het oculair, waarna het licht parallel het oog verlaat en een ontspannen kijkervaring oplevert. Een Barlow-lens plaatst men vóór dat brandpunt. De negatieve lens intercepteert de convergerende lichtbundel en maakt die minder sterk convergerend. Hierdoor verschuift het resulterende brandpunt naar achteren, verder weg van de objectieflens. De verhouding tussen de nieuwe en de oorspronkelijke brandpuntsafstand bepaalt de vergrotingsfactor van de Barlow. Hoe dichter de Barlow bij het primaire brandpunt wordt geplaatst, hoe kleiner de effectieve vergrotingsfactor; hoe verder weg, hoe groter. Dit gegeven wordt in de praktijk interessant, want sommige Barlow-lenzen worden geleverd met een verlengbuis, waarmee men door de Barlow verder van het primaire brandpunt te verwijderen de vergrotingsfactor kan aanpassen. Een 2x Barlow met verlengbuis kan zo op 3x of zelfs hoger worden ingesteld.
Soorten Barlow-lenzen
- De klassieke achromaat Barlow
De eenvoudigste en goedkoopste uitvoering bestaat uit een achromaat: twee lenzen van verschillende glassoorten (flint en crown) die samen chromatische aberratie (kleurafwijking) sterk verminderen. Een enkelvoudige negatieve lens zou licht van verschillende golflengten op verschillende punten afbuigen, wat leidt tot kleurfranje rond heldere objecten. De achromaat corrigeert dit voor twee golflengten, doorgaans rood en blauw, waardoor groen er enigszins tussenuit valt, vandaar de term "achromaat" (vrij vertaald: zonder kleur voor twee golflengten). Voor de meeste visuele toepassingen voldoet een kwalitatieve achromaat Barlow uitstekend. - De apochromaat Barlow
Een apochromaat of APO-Barlow corrigeert chromatische aberratie voor drie golflengten en gebruikt daarvoor speciale glassoorten met lage dispersie, soms in combinatie met ED-glas (extra-low dispersion) of zelfs fluorietglas. Dit type is merkbaar duurder, maar levert scherpere en kleurgetrouwere beelden, wat vooral bij astrofotografie relevant is. Kleurfouten die in visuele waarneming subtiel zijn, worden in lange belichtingen op een camerasensor sterk zichtbaar, en een APO-Barlow kan hier het verschil maken. - De telecentrische Barlow
Een telecentrische of parallelle Barlow is een speciaal ontwerp waarbij de lichtbundel die het oculair bereikt volledig parallel is, of zo dicht mogelijk daarbij. In een gewone Barlow is de uitstredende bundel nog altijd enigszins divergerend, wat betekent dat de vergrotingsfactor verandert naarmate het oculair verder of dichter bij de Barlow wordt geplaatst. Bij een telecentrische Barlow is de vergrotingsfactor vrijwel onafhankelijk van de oculairpositie, wat consistentie geeft bij het wisselen van oculairen. Dit ontwerp is bovendien bijzonder waardevol voor astrofotografie met een webcam of planetaire camera, omdat de sensor dan altijd op dezelfde afstand van de Barlow zit en de vergrotingsfactor voorspelbaar blijft. Bekende voorbeelden zijn de TeleVue Powermate en de Baader Hyperion Barlow. - De variabele Barlow (zoom Barlow)
Sommige fabrikanten bieden Barlow-lenzen aan met een instelbare vergrotingsfactor, doorgaans te regelen via een draaibaar element of een schuifmechanisme. In theorie aantrekkelijk, maar in de praktijk compromitteren variabele Barlow-lenzen vaak op optische kwaliteit om de variabiliteit te realiseren. Ze zijn zelden de eerste keuze van veeleisende waarnemers, maar voor beginners die willen experimenteren vormen ze een toegankelijke optie. - De 2x, 3x en 5x Barlow
Hoewel 2x de meest populaire vergrotingsfactor is vanwege het gunstige compromis tussen bruikbare vergroting en lichtdoorval, zijn 3x Barlow-lenzen nuttig voor planetaire waarneming en hoge-resolutiefotografie. Een 5x Barlow is zeldzamer en alleen zinvol bij telescopen met een korte brandpuntsverhouding (lage f/-waarde) waarbij de absolute brandpuntsafstand te beperkt is om hoge vergrotingen direct te bereiken. Bij zulke extreme factoren wordt de beeldkwaliteit sterk afhankelijk van de kwaliteit van zowel de Barlow als het oculair.
Voordelen van Barlow-lenzen
Het meest voor de hand liggende voordeel is kostenefficiëntie. Een goede Barlow kan de collectie effectief verdubbelen zonder dat men evenveel oculairen hoeft aan te schaffen. Een set van drie oculairen, bijvoorbeeld 32mm, 15mm en 8mm, levert met een 2x Barlow in feite zes bruikbare vergrotingen: 32, 16, 15, 8, 7,5 en 4mm equivalent. Dit scheelt aanzienlijk in aanschafkosten. Daarnaast bieden Barlow-lenzen een mechanisch voordeel: bij het gebruik van kortebrandpunts-oculairen zonder Barlow is de oogafstand (eye relief) dikwijls zo gering dat brillendragers de rand van het oculair niet comfortabel met hun bril kunnen bereiken. Door een oculair met langere brandpuntsafstand, en daarmee ruimere oogafstand, te combineren met een Barlow, bereikt men dezelfde hoge vergroting maar met aanzienlijk meer comfort. Voor astrofotografen, en in het bijzonder voor planetaire fotografen, verlengt de Barlow de effectieve brandpuntsafstand en vergroot daarmee de schijfgrootte van planeten op de sensor. Wanneer men met een kleine planetaire camera zoals een ZWO ASI, Player One of Celestron Skyris werkt, is het voor planeten als Mars, Jupiter en Saturnus wenselijk dat hun schijf een redelijk deel van de sensor vult. Een 2x of 3x Barlow maakt dit voor de meeste amateurstelescopen haalbaar zonder dat men een grotere telescoop hoeft aan te schaffen.
Nadelen en beperkingen
Het eerste en meest fundamentele nadeel is het lichtverlies. Elke optische oppervlak in de lichtweg weerkaatst een klein percentage van het invallende licht, zelfs bij lensoppervlakken met anti-reflectiecoating. Een Barlow-lens voegt typisch twee tot zes optische oppervlakken toe aan de lichtweg. Met moderne meerlaagse coatings (BBAR, MgF₂, of fabriekseigen coatings) bedraagt het verlies per oppervlak nog slechts 0,25 tot 1 procent, maar het telt op. Bij fotografische toepassingen met lange belichtingen is dit effect verwaarloosbaar, maar bij visuele waarneming van zwakke nevels of sterrenstelsels is elke verlichting welkom en is een Barlow minder ideaal.
Ten tweede wordt het beeld donkerder naarmate de vergroting toeneemt, ongeacht de oorzaak van die vergroting. Dit is een fundamentele wet van de optica: de oppervlaktehelderheid van uitgestrekte objecten neemt af met het kwadraat van de vergroting. Een verdubbeling van de vergroting door een Barlow levert een viermaal donkerder beeld van nevels op. Voor puntbronnen zoals sterren maakt dit in de praktijk weinig verschil, maar voor zwakke diffuse objecten zoals sterrenstelsels of emissienevels is overdreven vergroting contraproductief. Een derde aandachtspunt is beeldkwaliteit bij mindere optische kwaliteit. Een goedkope Barlow van lage kwaliteit kan bestaande aberraties in de telescoop versterken, scherpteverlies introduceren of chromatische aberratie toevoegen. Dit is met name zichtbaar bij de hoge vergrotingen die een Barlow beoogt, want kleine optische fouten worden uitvergroot evenredig met de vergroting. Het adagium "een ketting is zo sterk als de zwakste schakel" geldt sterk in de telescopie: een uitstekend oculair in combinatie met een inferieure Barlow levert een teleurstellend resultaat.
Voor refractortelescopen, en dan specifiek de goedkopere achromatische varianten (de zogenaamde f/6 tot f/8 achromatische refractors), kan een Barlow de secundaire kleurspectrum verder benadrukken. De refractor introduceert al kleurfouten, en afhankelijk van het Barlow-ontwerp kunnen die worden versterkt of gedempt. Een goede apochromaat Barlow kan hier zelfs voordelig werken, maar een goedkope achromaat Barlow verergert het beeld mogelijk. Tot slot verdient de mechanische compatibiliteit aandacht. Barlow-lenzen zijn leverbaar in de standaard steekmaatvoeten van 1,25 inch en 2 inch. De 2 inch uitvoering is geschikt voor grootveldoculairen met grote brandpuntsafstand, maar de meeste oculairen die men in combinatie met een Barlow gebruikt zijn van het 1,25 inch formaat. Men moet ook letten op voldoende inschroefbereik van de focuser; een Barlow plaatst het brandpunt verder naar achteren, wat betekent dat de focuser verder moet kunnen intrekken. Bij sommige telescopen, met name Newtons met een focuser die al weinig reikwijdte heeft, kan dit problemen opleveren.
Kwaliteitskenmerken waarop te letten bij aanschaf
Wie een Barlow aanschaft, kijkt het best naar de optische kwaliteit van de lenzen (achromaat versus apochromaat), de kwaliteit en volledigheid van de anti-reflectiecoatings, de mechanische constructie (metalen behuizing is preferabel boven kunststof), de aanwezigheid van een geribde sluitschroef of klemschroef om de Barlow stevig in de focuser te fixeren, en de mogelijkheid om de lens te scheiden van de verlengbuis — dit laatste maakt de Barlow ook bruikbaar als losse verlengbuis voor camera's die via een T-ring op de focuser worden aangesloten. Gevestigde merken die door de gemeenschap hoog worden gewaardeerd zijn onder andere TeleVue (met de Powermate als telecentrisch alternatief), Baader Planetarium (Hyperion Barlow), Explore Scientific, en voor instappersbudgetten Celestron en Orion. Het is zinnig om te vermijden dat men een twintig euro kostende Barlow combineert met honderd euro oculairen, omdat de Barlow dan het limiterende element wordt.
Wat zijn de belangrijkste fabrikanten?
De absolute top van de Barlow-lenzenmarkt wordt gedomineerd door twee fabrikanten die door de meeste ervaren amateur-astronomen worden beschouwd als de gouden standaard. TeleVue uit de Verenigde Staten staat al decennialang bekend om uitzonderlijke optische kwaliteit. Hun klassieke 2x en 3x Barlow zijn al uitstekend, maar de echte paradepaarden zijn de Powermate-serie in 2,5x, 4x en 5x uitvoering. Technisch gezien zijn dit telecentrische lenzen en geen klassieke Barlow-lenzen, maar functioneel vervullen ze dezelfde rol, en ze doen dat met een randscherpte en kleurreproductie die weinig te wensen overlaat. TeleVue gebruikt hoogwaardige ED-glassoorten en meerlaagse coatings op alle optische oppervlakken. De prijs ligt tussen de 200 en 350 euro, maar wie er één heeft gebruikt begrijpt meteen waarom liefhebbers hier niet op bezuinigen.
De Europese evenknie is Baader Planetarium uit Duitsland. Hun Hyperion Barlow is een telecentrisch ontwerp dat uitblinkt in zowel optische prestaties als mechanische kwaliteit. Een bijzonder sterk kenmerk is de modulaire opbouw: de lens kan worden losgeschroefd van de behuizing en afzonderlijk worden ingezet als verlengbuis voor cameramontage via een T-ring, wat het accessoire extra veelzijdig maakt voor astrofotografen. Baader levert daarnaast de VIP Barlow, een variabele uitvoering die verrassend weinig inlevert op optische kwaliteit vergeleken met de vaste varianten. Afhankelijk van het model liggen de prijzen tussen de 80 en 200 euro.
In het middensegment is Explore Scientific een naam die consequent terugkeert in vergelijkingstests. Het Amerikaanse merk, waarvan de productie grotendeels in Azië plaatsvindt, biedt apochromaat Barlow-lenzen met ED-glas aan voor een fractie van de TeleVue-prijs. Hun 2x en 3x ED-Barlow worden breed geprezen om het gunstige evenwicht tussen prijs en prestatie, en zijn voor de meeste visuele en fotografische toepassingen nauwelijks te verslaan in dit prijssegment van 60 tot 120 euro. Celestron verdient een aparte vermelding voor de Luminos Barlow en de X-Cel LX Barlow, beide uitgevoerd met een stevige metalen behuizing en behoorlijk gecoate optiek. De X-Cel LX presteert voor rond de 50 euro ruim boven zijn prijsklasse en is een geliefde keuze voor waarnemers die niet de hoofdprijs willen betalen maar ook geen concessies willen doen aan de basiskwaliteit. Orion Telescopes & Binoculars biedt met hun Shorty Plus 2x een compacte, goed gecoate achromaat die al jaren populair is bij zowel beginners als gevorderden.
