Lentilles de Barlow

Une lentille de Barlow est une lentille divergente qui, placée devant l’oculaire ou le capteur de l’appareil photo, augmente la taille de l’objet image vu à travers l’instrument.

Ce dispositif a été défini en 1834 par Peter Barlow, mathématicien et physicien britannique. Ses travaux sur le magnétisme le conduiront par ailleurs à inventer la roue de Barlow, un ancêtre du moteur électrique.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Le schéma ci-dessous montre un instrument avec son objectif et le foyer primaire Fo, auquel on ajoute la lentille de Barlow avec son foyer Fb.

La lentille divergente a pour effet de reculer le foyer de l’instrument (Fo passe en Fe) ; c’est l’endroit où l’on place le capteur photographique, ou le foyer de l’oculaire pour avoir une image nette.

On voit que les rayons incidents sont davantage déviés grâce à la lentille : l’image virtuelle en Fe est plus grande que celle en Fo. Le rapport de grandissement Rg est égal à 1 + te/fb où te est le tirage (distance entre le capteur et la lentille) et fb la distance focale de la lentille divergente (ici prise positive). Quand le capteur est au foyer de la lentille soit te = fb, le grandissement est exactement de 2 indépendamment de la valeur de fb.

Tout se passe comme si l’on avait multiplié la focale de l’instrument par Rg ; ainsi, le nombre d’ouverture vaut Rg x fo / diamètre de l’objectif : l’image est agrandie mais moins lumineuse. Le champ est en revanche divisé par Rg.

Le rapport de grandissement est indiqué sur la lentille de Barlow munie de sa bague allonge, cependant la distance focale de la lentille divergente ne figure pas. On peut estimer celle-ci en dessinant sur une feuille de papier un cercle de diamètre double de la lentille d’entrée, puis en projetant sur ce cercle la tache de lumière issue de la Barlow pointée vers le Soleil. La distance focale est la distance entre le milieu du corps de lentilles et la feuille de papier, lorsque la tache coïncide avec le cercle.

Il faut se rappeler que le grandissement n’est pas une valeur fixe mais varie en fonction du tirage. En pratique les Barlow ont un rapport de grandissement de 2 à 5. Avec une lentille convergente, on peut de la même façon obtenir un grandissement inférieur à 1 : il s’agit d’un réducteur de focale.

Les Barlow de qualité comportent un doublet, voire un triplet apochromatique pour éviter d’ajouter des aberrations au train optique. Elles sont intéressantes en astrophotographie car elles permettent d’augmenter le grossissement sans changer d’instrument ou de capteur. Afin de ne pas limiter le champ, il faut choisir un diamètre de 2 pouces pour un appareil photo APS-C, de 1,25 pouces pour une caméra à petit capteur. Pour l’observation, on préfèrera un jeu d’oculaires de différentes focales.

Les lentilles de Barlow télécentriques comportent une lentille convergente quelques cm derrière la lentille divergente, avec une focale proche. Ce dispositif permet de limiter la déviation des rayons lumineux ; le rapport de grandissement dépend alors peu du tirage. C’est intéressant pour pouvoir placer un accessoire derrière la lentille de Barlow comme un correcteur de dispersion atmosphérique ou un filtre interférentiel par exemple.