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Wozu braucht man eigentlich eine Barlow-Linse?

To Barlow or not to Barlow?

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Was erreicht man durch den Einsattz einer Barlow-Linse?
Hier eine telezentrische 2,5× Powermate.

Das Thema ist in der heutigen Zeit sicher eine moderne Betrachtung wert, denn nicht zuletzt sondern ganz an erster Stelle erzählen gerade Internetforen wirklich haarsträubende Geschichten über die Barlow. »Die "besten" sind wohl die von TeleVue.« kann man da lesen – nur warum das eventuell so sein könnte, wird nicht verraten. Zwischendurch kommt auch immer das Fazit, dass die Wahl der richtigen Barlow absolute „Rocket Science" sei, und dass man einfach ausprobieren solle, oder am besten das Produkt nach Preis und Farbe auswählen.

Nun, das alles kann ja nicht die Antwort sein. Schauen wir also einmal auf die Aufgaben, die man mit einer Barlow in Verbindung bringt, und welche Produkte unter den landläufigen Meinung, eine Barlow zu sein, dafür zum Einsatz kommen.

Betrachtet man die Sache aus Sicht eines visuellen Beobachters, dann verbindet man mit einer Barlow sehr pragmatisch die Fähigkeit, aus einer Okularbrennweite eine zweite zu machen. Oder auch dem Teleskop zu einer anderen Brennweite zu verhelfen. Welche dieser beiden Betrachtungsweisen man für richtig hält, ist so müßig wie die Diskussion darüber, ob man das Ei am spitzen oder breiten Ende aufschlägt, oder ob nun beim Ei die Seite mit dem Luftsack oben sei, weil es das leichtere Ende ist, oder unten, weil es das breitere Ende ist.
Fakt ist: Ob man nun den Barlow-Faktor auf die Teleskopbrennweite anwendet, oder auf die Vergrößerung, oder ob man die Okularbrennweite dadurch teilt: Rein rechnerisch ändert sich für den visuellen Beobachter die Vergrößerung entsprechend des Barlow-Faktors und dementsprechend ändert sich auch die Austrittspupille. Betrachtet man nun die Barlow als Bestandteil des Teleskops, dann hat sie tatsächlich die Wirkung, dass die Effektivbrennweite des Teleskops um den Barlow-Faktor gesteigert wird. Genauso gut kann man die Barlow aber als Bestandteil des Okulars sehen, und viele Okulare haben Linsenelemente mit einer eindeutigen Barlow-Funktion bereits integriert. Dann hat man die Okularbrenneite durch den Barlow-Faktor zu teilen, um auf die neue Effektivbrennweite des Okulars zu kommen.

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In einigen Okularen ist bereits ein Negativ-Element integriert. Das ist links im Bild beim Meade UWA 14mm der Fall, das rechts gezeigte 11mm TeleVue Plössl hat kein solches Element.
Dennoch ist nicht einfach jede unten in der Steckhülse befindliche Linse
eine ins Okular integrierte “Barlow”.

Setzt man die Barlow hingegen fotografisch ein, dann kommt man eigentlich auf den richtigen Trichter, nämlich dass man letztendlich immer das gesamte zum Einsatz kommende optische System betrachten muss. Jedes Element bringt seine Einflüsse ein und sie können zum Guten wie auch zum Schlechten ausfallen – und praktisch immer tun sie auch genau beides. Sie wirken „einerseits" aber auch "andererseits". Insbesondere, weil man eine Barlow ja nicht einfach genau passend zu einem bestimmten Teleskop zu kaufen bekommt – wirklich?
Die Aussage, dass eine Barlow nicht genau zum Teleskop passt, ist eigentlich nicht genau richtig.  So gibt es ein paar Barlows, bei denen man durchaus davon sprechen kann, dass sie auf bestimmte Teleskope ausgelegt sind. Eine Art "Familie" bilden zum Beispiel alle Newton-Teleskope mit gleicher Hauptspiegel-Brennweite. Denn ein 150/1200 Spiegel mit f/8 ist nur ein mittiger Ausschnitt aus einem 200/1200 Spiegel mit f/6 und der wieder ein Ausschnitt eines 300/1200 Spiegels mit f/4. Und daher kann eine Barlow, die perfekt mit einem 300/1200 harmoniert an den beiden kleineren Geräten umso weniger eine schlechte Leistung abliefern.
Nun könnte man meinen, dass die verschiedenen Refraktoren mit ihren sehr unterschiedlichen Bauarten dann alle dazu verdammt sind, nie genau zu einer Barlow zu passen, aber: Weit gefehlt. Für diese Geräte werden häufig sogenannte Tele-Extender angeboten, die in gehobener Preisklasse sogar genau für ein bestimmtes Modell, manchmal für eine Reihe optisch verwandter Geräte gerechnet sind. Was für Vorteile hat nun eine solche Rechnung?

Wie schon das oben verwendete Wort „harmonieren" erahnen lässt, geht es darum, dass die Eigenschaften einer solchen Zusatzoptik sich möglichst positiv auf die Abbildungsleistung des Gesamtsystems auswirken. Das bedeutet zum Beispiel, dass eine solche Optik, die einen Farblängsfehler ins System einbringt, am besten so konstruiert wird, dass dieser Farblängsfehler genau entgegengesetzt zu einem Farblängsfehler des Teleskops ausfällt und diesen dadurch kompensiert, also korrigiert. Farblängsfehler kann man hier nun beliebig durch die bekanntesten Optikfehler austauschen Gaußfehler, laterale Farbe, Astigmatismus, Überkorrektur und Unterkorrektur. Natürlich nicht beliebig. Für solche Kompensationen braucht der Optikdesigner Freiheitsgrade und jede Fläche bietet einen solchen. Je mehr Abbildungsfehler kompensiert werden, desto mehr wird der Tele-Extender zum Korrektor und umso mehr Linsen werden darin verbaut.
Aber um vom Korrektor einmal zurück zur Barlow zu kommen: Eine Barlow hat ja auch ihre Freiheitsgrade. Da ist zum einen die negative Brennweite, die sie ins System einführt. Zusammen mit dem Abstand zwischen der Barlow und den Primärfokus des Teleskops ergibt sich daraus nämlich erst der Barlow-Faktor. Das heißt eine Barlow ist zunächst einmal durchaus variabel, was diesen Faktor angeht, und damit ist sie aufgrund ihrer negativen Brennweite erst einmal ein Negativ-Element im Strahlengang des Optiksystems. Ist die Barlow nun für eine bestimmte Steckhülse konstruiert, dann ergibt sich aus der Auflagekante der Steckhülse und der Auflagekante des Teleskopseitigen Endes der Barlow ein fester Abstand zwischen Barlow-Linse und der Optik eines Okulars. Allerdings, da es keine Norm dahingehend gibt, in welchem Abstand zur Auflagekante eines Okulars wiederum dessen Fokalebene liegen soll, kann man sich überlegen, dass der exakt erzielte Barlow-Faktor nur dann ermittelt werden kann, wenn man das Verhalten des Okulars mit einberechnet – was dann aus Anwendersicht wirklich „Rocket Science" wäre. Was man aber daraus ersehen sollte ist, dass man den Faktor einer Barlow verändert, wenn man sie von der meist nur angeschraubten Steckhülse trennt. Einige Barlows verwenden dazu nämlich das Filtergewinde des jeweiligen Einsteckdurchmessers. Und so kann man derartig ausgelegte Barlows beispielsweise vor einen Atmospheric Dispersion Corrector schrauben, der sehr stark von schlanken Strahlenbündeln und damit von einem kleinen Öffnungsverhältnis profitiert.

QTurrentThreads
Das Linsenelement der Q-Turret Barlow 2,25× lässt sich auch in das Filtergewinde von 1,25” Okularen schrauben - wenn der nach innen ragende Linsensatz dabei nicht im Okular anstößt.
Der veränderte Abstand sorgt für einen verkleinerten Barlow-Faktor von ca. 1,5×.

Man kann also sagen, dass man von einer Barlow-Linse zunächst einmal erwartet, diese an jedem Teleskop verwenden zu können, dass aber zusätzliche Aufgaben wie Koma-Kompensation dazu führen, dass ein solches Element mehr und mehr wie ein Korrektor zu betrachten ist, der eben nur an bestimmten Teleskopen und unter bestimmten Bedingungen, sprich mit einzuhaltenden Abständen, etc., gut funktioniert. Das macht eben den Haupt-Unterschied aus zwischen der „landläufigen“ Barlow und einem speziell auf eine Optik gerechneten Korrektor.
Nun, auch „unter Barlows“ gibt es Unterschiede im System. Der einfachste Fall für eine Barlow-Linse ist einfach, dass man ein achromatisches Element aus meist zwei Linsen mit insgesamt negativer Brennweite zusammenstellt. Theoretisch kann das sogar eine Einzellinse übernehmen, aber die von einer solchen Linse eingeführten und eben nicht durch eine zweite Linse kompensierten Fehler sind so groß, dass man dies in der Praxis nicht vorfindet. In einigen Okularen findet man solche Elemente, die dann deshalb funktionieren, weil die Kompensation der eingeführten Fehler vom Rest des Linsensystems übernommen wird, also eingerechnet wurde. Die übliche Barlow mit einem Aufbau aus zwei Linsen funktioniert vor allem dann gut, wenn das Teleskop ein moderates Öffnungsverhältnis und die Barlow-Linse einen im Verhältnis zum Barlow-Faktor langen Aufbau hat. Die Auswahl der Glassorten und auch eventuell asphärische Linsenflächen verbessern die Eigenschaften, machen die Barlow aber auch teurer. Ein anderer Weg, die Eigenschaften der Barlow zu verbessern, ist ein dreilinsiger Aufbau inklusive Luftflächen, die wie zusätzliche Linsen wirken, aber – wie stets bei optischen Systemen – als Nachteil eben zusätzliche Reflexe einführen und somit zu deren Verminderung nach hochwertigen Vergütungen verlangen.

Eine solche Barlow hat die Eigenschaft, neben der Verlängerung der Teleskopbrennweite auch den Augenabstand des Okulars zu beeinflussen und das Bildfeld zu ebnen. Je größer der Barlow-Faktor und auch je kürzer die Baulänge der Barlow, umso mehr vergrößert sich der Augenabstand des verwendeten Okulars. Das kann ein ganz angenehmer Effekt sein, führt aber auch dazu, dass ein im Okular verbautes Blendensystem nicht mehr optimal funktioniert. Übrigens: Auch Linsenkanten sind Blenden und in manche Linsen werden sogar in den Rand Blenden hineingeschliffen. Bei solchen Linsen ist eine Schwärzung der Linsenränder sehr wichtig, weil eine solche Blende sonst Streulicht im Okular verteilt. (Grundsätzlich ist es besser, die Linsen so groß zu machen, dass deren Kanten aus dem Strahlengang kommen, der dann von „richtigen“ Blenden begrenzt wird. Wenn aber die ideale Blendenposition wirklich im Innern der Linse ist, dann muss man das eben so machen.)
Ein durch die Barlow deutlich veränderter Strahlengang im Okular kann zu Vignettierungseffekten führen. Außerdem passt eventuell die Höhe einer Augenauflage oder Augenmuschel nicht mehr und dadurch kann es schwierig werden, die richtige Einblickposition zu finden und zu halten.
Derartige Effekte vermeidet eine Telezentrik. Das ist ein üblicherweise vierlinsiges System, bei dem der Abstand zwischen Okular und Telezentrik den Vergrößerungsfaktor nicht mehr ändert. (Es gibt auch einige Produkte, die nur beinahe telezentrische Eigenschaften haben – hier sollte man nicht zum Erbsenzähler werden.) Dadurch ändert sich der Strahlengang im Okular nicht. Die Brennweitenverlängerung hat aber weiterhin die positive Auswirkung, dass durch die schlankeren Strahlenbündel deutlich weniger Okularastigmatismus auftritt. Der Nachteil einer Telezentrik ist aber wieder eine Linse mehr im Strahlengang und somit mehr Flächen, deren Oberflächenfehler, Transmissionsverluste, Reflexe und nicht korrigierte Bildfehler eben auch ein Teil des Gesamtsystems sind. Telezentriken werden übrigens häufig eingesetzt, um vor Bino-Ansätzen als Glaswegkorrektor zu dienen – dann oft mit der Eigenschaft, dass Sie einige der von den Bino-Prismen eingeführten Bildfehler kompensieren. Als „Barlows“ findet man Telezentriken zum Beispiel in den TeleVue Powermates.

BinoGWKs600
Barlows, viel häufiger aber noch Telezentriken, dienen als Glaswegkorrektoren am Bino-Ansatz.
Sie legen unter anderem die Fokalebene weiter nach draußen,
was den langen Lichtweg in den Prismen ausgleicht.

Damit kann man nun Überlegungen anstellen, in welchen Situationen man den Entschluss vertreten kann, eine Barlow einzusetzen. Relativ klar sollte sein, dass man beim fotografischen Einsatz oftmals gar nicht um eine Barlow herum kommt. Wer Planetenfotografie betreibt, wird sich wünschen, dass das effektive Öffnungsverhältnis zur Pixelgröße der Kamera passt. Bei Cassegrain-Optiken mit Hauptspiegel-Fokussierung hat man da noch einen gewissen Spielraum, indem man den Fokus herauslegt und somit am Teleskop selbst die Brennweite verlängert. Das funktioniert aber meist nur in einem gewissen Rahmen gut, für den das Teleskop ausgelegt ist. Jedes Teleskop hat eine optimale Brennweite und wer optimale Ergebnisse wünscht, wird diese optimale Brennweite und damit eine optimale Chip-Position hinter dem Teleskop einhalten. Hier hilft also eine Barlow oder Telezentrik, um für eine Brennweitenanpassung zu sorgen und man kann sagen, dass man in der Praxis nicht darum herum kommt. Andere Möglichkeiten wie Okularprojektion sind erheblich aufwendiger und beteiligen eher noch mehr Linsen und falls man nicht gerade ein Projektionsokular nutzt, ist ein Okular auch nicht unbedingt für den Zweck ausgelegt. Hier ist also eine hochwertige Barlow oder Telezentrik ganz klar die richtige Wahl. Dass man bei einer Barlow durch Verändern der Einstecktiefe einer typischen Planetenkamera den Barlow-Faktor noch beeinflussen kann, ist übrigens in manchen Fällen nicht unwillkommen!

Als visueller Beobachter kann man vor der Situation stehen, dass man Schwierigkeiten hat, ein gut passendes Okular zum vorhandenen Teleskop zu finden. Insbesondere „schnelle“ Optiken können für besondere Herausforderungen sorgen. Wer an einer f/4 Optik 0,7mm AP wünscht, braucht nominell ein 2,8mm Okular. Das kann man gerne einmal Googlen, aber Stand heute* findet man hier ein einziges Okular, nämlich aus dem Hause Takahashi das Hi-LE 2,8mm. Die nächste Frage ist, wo man eines her bekommt! Mit einer Barlow gibt es aber gute Möglichkeiten, eine Kombination für 2,8mm zusammenzustellen.
Geeignet wäre ein 7mm Okular mit einer 2,5mm Barlow. Hier kann der Planetenbeobachter auf einige typische 7mm Planetenokulare zurückgreifen, z.B. ein 7mm Ortho.  Auch ein 9mm kombiniert mit einer 3× Barlow ist nicht so weit von den gewünschten 2,8mm weg. Ob man dies tatsächlich will, ist eine Abwägungssache. Zum einen sollte man schauen, welche effektive Okularbrennweite, bzw. genauer welche Austrittspupille, man wirklich braucht. Gibt es schon Okulare mit einer Brennweite nahebei, die geeignet wären? Sind diese aus persönlicher Sicht bezahlbar? Ein Grund, der für eine Barlow spricht, ist zum Beispiel, dass viele Okulare mit schnellen Optiken überhaupt nicht gut zurecht kommen. Eine Barlow „behebt“ das, wenn die Barlow selbst mit der schnellen Optik zurechtkommt. Es macht keinen Sinn, eine billige Barlow aus dem untersten Preisbereich mit einer f/4 oder auch f/5 Optik mit einem einfachen Plössl zu kombinieren, und so zu erwarten, dass man das Leistungspotenzial eines 300 Euro Okulars erzielt. Wenn man allerdings eine hochwertige Barlow mit einem hochwertigen Plössl, Ortho oder sonst interessanten Okulartyp kombiniert, dann kann das eine Kombination sein, die man als Planeten-Beobachter vielleicht einem Weitwinkel-Okular vorziehen mag, auch wenn das Weiwinkelokular ganz erheblich teurer ist. Mehr noch: Derart schnelle Optiken sind ja doch meistens Newtons und wenn dafür passend nun eine komakompensierende Barlow ausgewählt wird, während man kaum komakompensierende Weitwinkel-Okulare findet, dann kann diese Kombination tatsächlich besser sein bzw. den von Newton-Besitzern häufig „fest“ im Okularauszug untergebrachten Komakorrektor sparen.

KKBarlows
Komakompensierende Barlows sind speziell an schnellen Newton-Teleskopen nützlich. Hier die Klee-Barlows 2,8× und 2,2× sowie die GD 2,7×

Natürlich ist auch der Sparfuchs-Ansatz mit einer Barlow möglich. Insbesondere lassen sich Okulare gut mit Barlows kombinieren, die noch nicht selbst ein Negativ-Element enthalten, also auch eine überschaubare Linsenzahl haben. Das trifft auf moderate Weitwinkel mit 65° bis 70° zu und gerade solche Designs profitieren von verringertem Okularastigmatismus, so dass mit einer guten Barlow auch eine gute Abbildung erwartet werden kann. Kombiniert man zwei solche Okulare mit beispielsweise 25mm und 18mm Brennweite mit einer 2x Barlow, dann erhält man effektiv 12,5mm und 9mm hinzu, was gar keine so schlechte Abstimmung z.B. an einem Mak oder Schmidt-Cassegrain ist. Man merkt aber beim Nachrechnen der Brennweiten auch leicht, dass es schon etwas schwieriger ist, mehr als zwei gute Abstufungen hinzu zu gewinnen. Besitzt man drei gut abgestimmte Okularbrennweiten, wird die Suche nach einem vielversprechenden Barlow-Faktor immer schwieriger. Es ergeben sich oft zu kleine Abstufungen in Brennweiten, bei denen man sie gar nicht braucht. Zum Beispiel ein 40mm und ein 25mm Okular ergeben mit 2x Barlow die Reihe 40-25-20-12,5. Da ist der Sprung zwischen 25mm und 20mm zu klein und der von 20mm auf 12,5mm zu groß.  Ersetzt man das 25mm durch ein 30mm, so kommt man auf 40mm-30mm, 20mm und 15mm. Dann ist der Abstand zwischen 40mm und 30mm eigentlich zu klein und mit effektiv 15mm fehlt es vielleicht an Vergrößerung. Es ist also schon eine gewisse Kunst und Vorausplanung, wenn man mit einer Barlow mehr als zwei Okular-Käufe spart und wenn man vom Preis her die Barlow mit einem Okular gleichsetzt, dann wird es schwierig, mehr als ein Okular „Gewinn“ aus dieser Preis-Gegen-Brennweite-Rechnerei zu ziehen. Gibt es dann noch Zweifel, ob die Barlow mit komplexeren Okularen gut harmoniert, so ist der Gedanke naheliegend und richtig, lieber gleich eine passende Okularbrennweite anzuschaffen. Wenn denn eine passende Brennweite beschaffbar ist – siehe auf den Fall des 2,8mm oben! Insofern ist der Gedanke, mit einer Barlow einfach Geld zu sparen vermutlich der am häufigsten genannte Ansatz für den Kauf einer Barlow, der sich dann aber in der praktischen Umsetzung als gar nicht so wirksam erweist – wie man ja wunderbar an der immer wieder im Zubehör-Set für Schülerteleskope vorzufindenden Kombination aus 10mm und 20mm RK Okular und 2x Barlow sieht, die im Falle der Verwendung am 20mm ja nur das schon beigelegte 10mm doppelt.
Eine wirklich sinnvolle Anschaffung ist eine – dann hochwertige – Barlow viel eher, wenn Sie zur Brennweitenanpassung bei der Fotografie dient, oder eben in der beschriebenen Weise, um mit einem bestimmten Okular kombiniert Fähigkeiten zu erzielen, die anderweitig nicht zu kaufen sind. Das sind nun auch gerade die Anwendungen, bei denen man mehr auf die Qualität als auf den Preis der Barlow oder Telezentrik schauen wird.

Weitere Gedanken zur Barlow von Günther Mootz: Barlow - wann, wo, warum?

*) Geschrieben im Juli 2022

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