Ohnisková vzdálenost objektivu je jednou z podstatných charakteristik každého dalekohledu. Určuje velikost vytvářeného obrazu a v závislosti na tom i zvětšení, kterého můžeme přístrojem dosáhnout. Z poměru průměru objektivu a ohniskové vzdálenosti vyplývá světelnost přístroje, která je důležitým faktorem při fotografování astronomických objektů.
Barlowova čočka není jediná součást, která umožňuje prodloužení nebo zkrácení ohniska systému. Barlowova čočka je optický člen, který dovoluje prodloužit ohniskovou vzdálenost objektivu refraktoru nebo reflektoru na dvoj nebo i vícenásobek jeho původní hodnoty. Je to jednoduchá případně dvoj až trojčočková negativní (rozptylná) soustava, kterou umisťujeme do sbíhavého kužele paprsků vycházejících z objektivu, a to nedaleko před jeho ohniskem. Svazek světelných paprsků po průchodu rozptylnou čočkou se za ní rozbíhá na všechny strany. Když tento rozbíhavý svazek prodloužíme přes čočku zpět, jeho paprsky se protnou v jednom bodě, který označujeme jako ohnisko.
Princip a anatomie Barlowovy čočky
Vzdálenost tohoto bodu od čočky udává přibližnou ohniskovou vzdálenost rozptylky, kterou uvádíme vždy se záporným znamínkem minus (-). Tuto ohniskovou vzdálenost lze použít v různých vzorcích při optických výpočtech. Na obrázku bývá označeno f1 jako ohnisková vzdálenost objektivu O, -f2 jako ohnisková vzdálenost Barlowovy čočky a f jako výsledná ekvivalentní ohnisková vzdálenost celého systému. F1 je původní ohnisko objektivu O, F2 rovina zdánlivého ohniska rozptylky R a F ekvivalentní ohnisko celé soustavy.
Vzdálenost mezi Barlowovou čočkou a původním ohniskem F1 objektivu O označujeme s1, zatímco úsek mezi rozptylkou a ekvivalentním ohniskem celé soustavy má označení s2. V našich výpočtech se předpokládají tenké čočky. Pro její vlastnosti je významná hodnota s1 a faktory popisující změnu ohniskové vzdálenosti objektivu. Pokud je f1 a f2 dáno, lze ekvivalentní ohniskovou vzdálenost f vypočítat a získat tak prodloužení systému oproti původnímu stavu.
Pro praktické použití bývá často zvolen jednoduchý scénář: ohnisková vzdálenost objektivu f1 = 1000 mm a Barlowova čočka s ohniskem f2 = -100 mm se umístí do vzdálenosti e za objektiv. Tím získáme s1 = 50 mm před původním ohniskem a dvojnásobné prodloužení ohniskové vzdálenosti. Vzorce lze ilustrovat následně: f = f1 · A a prodloužení b (ekvivalentní ohnisko F od F1) roste s1 a s2 v závislosti na poloze čočky.
- Prodloužení ohniskové vzdálenosti je možné dosáhnout i při poměru A ≈ 2 a s1 ≈ 50 mm, kdy f1 = 1000 mm a f2 = -100 mm.
- Pro dosažení větších zvětšení je vhodné používat okuláry s krátkou ohniskovou vzdáleností (např. 4-6 mm), ale jejich používání vyžaduje blízký kontakt oka s oční čočkou a může vést k zašpinění a kontaktům s očí.
Tabulkové a výpočtové ukázky ukazují, že s1 a s2 spolu s faktorem A určují konečné prodloužení a polohu ekvivalentního ohniska. Důležité je si uvědomit, že Barlowova čočka patří k rozptylným čočkám, které nemají skutečné ohnisko a nevytvářejí v ohnisku reálný obraz. Obrázky a vzorce v textu ukazují, že ekvivalentní ohnisko F se nachází za původním ohniskem F1 a že vzdálenost mezi objektivem a čočkou ovlivňuje výsledné zvětšení a délku trubice okuláru.
Praktické použití a limity
Aby bylo možné dosáhnout vyšších zvětšení bez potřeby velkého počtu speciálních okulárů, lze použít Barlowovu čočku, která prodlouží ohniskovou vzdálenost na dvojnásobek. Každý amatér se tak může vyhnout nákupu řady různých okulárů a stačí si pořídit dva okuláry s rozdílnými ohniskovými vzdálenostmi a případně doplnit Barlowovou čočkou pro širší rozsah zvětšení. Při posunu Barlowovy čočky směrem od objektivu lze měnit faktor A a tím měnit ohniskovou vzdálenost objektivu f = f1 × A.
V praxi se často setkáváme s tím, že u některých amatérských konstrukcí okulárového výtahu nelze dostatečně zasunout výtah a mohou nastat problémy s periferními zařízeními, jako jsou zenitální hranoly či sluneční hranolové systémy. Proto je důležité mít přehled o tom, jak Barlowova čočka ovlivňuje polohu ekvivalentního ohniska a délku trubice, aby se zaostření podařilo zajistit.
Barlowova čočka je dnes běžným doplňkem u kvalitních dalekohledů. Pokud bychom uvažovali o náhradě originální Barlowovy čočky, lze využít zadních (zmenšovacích, negativních) členů běžných teleobjektivů, které bývají kvalitní a vhodné pro naše účely. Barlowovu čočku lze zpravidla připravit jako achromatickou - z negativní korundové části a spojky ze skla s nízkým rozptylem světla. I v případě, že je Barlowova čočka konstruována jako achromatická, nemusí vždy poskytovat uspokojivé výsledky pro konkrétní soustavu, protože bývá navržena pro určitý objektiv.
Pro malý koeficient prodloužení ohniskové vzdálenosti do A = 2x lze využít i negativní brýlovou čočku určenou pro korekci krátkozrakosti, která má optickou sílu v rozmezí 10 až 15 dioptrií a ohniskovou vzdálenost -100 mm až -66,7 mm. Pokud máme negativní čočku a neznáme její ohniskovou vzdálenost, lze ji odhadnout experimentálně: změříme průměr čočky a na papír nakreslíme kružnici dvojnásobného průměru, následně najdeme vzdálenost čočky od papíru podle ohniskové podoby.
Amatéři mohou zvažovat i vlastní výrobu achromatické Barlowovy čočky z dvojitého skla, kde se použije záporná část z korunného skla a kladná část z flintového skla. Přesnou délku trubice pro konkrétní okulár pak určíme podle ohniskové vzdálenosti okuláru a požadovaného ekvivalentního ohniska. Oba typy čoček, jak negativní tak pozitivní, lze použít k dosažení požadovaného zvětšení, ale je nutné počítat s vlivy na kvalitu obrazu a na délku trubice pro správné zaostření.
V praxi lze shrnout: Barlowova čočka rozšiřuje možnosti pozorování a fotografování bez nutnosti rozsáhlé sady různých okulárů. Důležité je pochopit, že její efekt závisí na vzdálenosti s1 před ohniskem objektivu a na ohniskové vzdálenosti samotné čočky f2. Pro fotografické účely se ukazuje jako užitečné, pokud se prodloužení ohniskové vzdálenosti pohybuje kolem 1,8x až 2x, a to v závislosti na konkrétním systému a typu objektivu.
Souhrn praktických poznámek
Pokud používáme Barlowovu čočku pro fotografické účely, je třeba vzít v potaz i fotografickou citlivost filmu a expoziční doby - u delších ohniskových vzdáleností a very nízké světelnosti může být nutná delší expozice. Barlowova čočka může být také použita pro zvětšení a zlepšení ostrosti, ale v některých případech může docházet k artefaktům, pokud není čočka správně sladěna s objektem a s okulárem.
