Pour atteindre les longues focales nécessaires à l'imagerie à haute résolution, on utilise généralement des amplificateurs de focale : lentilles de Barlow et oculaires. Ces deux dispositifs ne sont pas redondants mais complémentaires : les lentilles de Barlow sont utilisées pour des grandissements modérés (typiquement 2x à 4x), les oculaires pour des grandissements élevés (6x ou plus). D'un autre côté, pour le ciel profond, les réducteurs de focale permettent de diminuer les temps de pose et d'élargir le champ de prise de vues.

Les calculs de focale résultante sont simples, ils ne nécessitent qu'une calculette à 4 opérations et une règle graduée.

Une lentille de Barlow est un ensemble de lentilles divergent dont le rôle est d'amplifier la focale primaire de l'instrument. Son facteur de grandissement est habituellement inscrit sur son tube : 1.8x, 2x, 2,5x, 3x, etc. Il est important de noter que ce facteur n'est valable que pour une distance bien précise entre les lentilles et le plan focal (film ou capteur CCD). Si cette distance change, le grandissement change.

La relation entre le grandissement G, la focale F_B de la lentille de Barlow et la distance D entre la lentille et le plan focal est :

 (en réalité, la focale d'un ensemble divergent est négative, mais on considère ici sa valeur absolue).

Cette formule montre qu'une augmentation de la distance lentille-capteur conduit à une augmentation du grandissement. Une lentille de Barlow dite '2x' travaille effectivement à ce grandissement seulement si sa distance au plan focal est égale à sa focale (100 mm dans l'exemple précédent). Si cette distance est doublée, le grandissement est de 3x.

Une fois choisie la focale résultante de l'instrument, le grandissement doit être réglé de manière à atteindre cette focale en modifiant la distance entre la lentille de Barlow et le plan focal. La formule permet d'obtenir D à partir de G et F_B : D = F_B (G - 1)

 Dans l'exemple précédent, si la focale résultante de l'instrument est de 6200 mm, le grandissement doit être 6200/2200 = 2,8x. La distance entre le capteur CCD (ou le film) et la lentille, dont la focale est de 76 mm, doit être réglée à D = 76*(2,8 - 1) = 137 mm.

La meilleure manière de monter une Barlow est de dévisser la partie qui comporte la lentille de la partie qui reçoit l'oculaire, et de l'insérer dans un adaptateur photographique pour oculaires (42 mm). Bien que cette méthode permette de déplacer un peu la lentille dans l'adaptateur, des bagues-allonge de différentes longueurs peuvent s'avérer nécessaires pour aboutir à la distance requise entre la lentille et le plan focal.

Malheureusement, la focale d'une lentille de Barlow n'est généralement pas connue a priori. Elle doit par conséquent être déduite de l'image d'un objet connu, une planète ou un couple d'étoiles par exemple. La méthode est la suivante :

1. prendre une image d'une planète dont le diamètre angulaire P (en secondes d'arc) est connu à partir d'éphémérides

2. mesurer la taille I (en microns) de la planète sur le capteur ou le film

3. calculer la focale résultante de l'instrument avec la formule d'échantillonnage : F = 206 I/P

4. prendre une autre image du même objet, mais cette fois sans lentille de Barlow : la même formule fournit la focale primaire F_P de l'instrument

5. calculer le grandissement effectif de la lentille de Barlow : G = F/ F_P

6. mesurer la distance D (en mm) entre la lentille et le plan focal

7. calculer la focale F_B de la lentille de Barlow : F_B = D / (G - 1)

Notamment avec les télescopes de type Schmidt-Cassegrain, il est prudent de déterminer la focale primaire réelle car celle-ci change selon la position du miroir primaire (le miroir secondaire, dont le rôle est d'amplifier la focale du miroir primaire, se comporte lui-même comme une lentille de Barlow).

Pour des raisons de correction d'aberrations, une lentille de Barlow ne travaille pas de manière satisfaisante à n'importe quel grandissement. Par exemple, une Barlow '2x' travaille correctement entre 2x et 3x environ, mais pas à 5x ou 6x. Ces grandissements élevés peuvent être atteints avec l'aide de deux lentilles de Barlow en série, dont les grandissements se multiplient.

Les calculs sont les suivants :

1. à partir de la focale F_B2 de la lentille de Barlow 2 (la plus proche du plan focal) et sa distance D du plan focal, calculer son grandissement G₂

2. la distance entre la lentille 2 et le plan focal relatif à la lentille 1 est T = D/G₂

3. étant donnée la distance B entre les deux lentilles, la distance entre la lentille 1 et son plan focal est T + B

4. calculer le grandissement de la lentille 1 en fonction de sa focale F_B1 et de la distance T + B

5. le grandissement résultant G = G₁ * G₂

Un oculaire ordinaire est conçu pour délivrer un faisceau parallèle en observation visuelle. Mais quand il est employé en projection photographique ou CCD, il fournit un faisceau convergent. Par conséquent, pour des questions de correction d'aberrations (en particulier de courbure de champ), il ne travaille correctement qu'à des grandissements élevés, typiquement 6x ou plus.

La focale F_O de l'oculaire, le grandissement G et la distance D entre l'oculaire et le plan focal sont liés par la formule :

 Exemple : un oculaire de 20 mm, installé à 180 mm du plan focal, donne un grandissement de G = 180/20 - 1 = 8x.

Un réducteur de focale est un groupe de lentilles convergent, dont le rôle est de diminuer la focale primaire de l'instrument. Comme dans le cas d'une lentille de Barlow, son facteur de réduction dépend de sa focale et de sa distance au plan focal. Quand cette distance augmente, la réduction de focale est plus prononcée. A cause de problèmes de correction d'aberrations, il est conseillé d'utiliser un réducteur à un facteur très proche de son facteur de réduction nominal.

La relation entre le facteur de réduction R, la focale F_R du réducteur et sa distance D au plan focal est :

 Il est facile de déterminer la focale d'un réducteur, en pointant le Soleil (ou la Lune) avec le réducteur seul et en mesurant la distance entre les lentilles et l'image solaire (ou lunaire).

Le réducteur Meade/Celestron F/6.3 a une focale d'environ 230 mm. Par conséquent, la distance nominale entre les lentilles et le plan focal est environ D = F_R*(1 - R) = 230*(1 - 0,63) = 85 mm. Ce n'est qu'à cette distance que ce réducteur travaille à son rapport nominal de 0,63x.

Le dessin ci-dessus montre qu'un réducteur rapproche le plan focal de l'instrument. Sur certains instruments, la plage de focalisation peut ne pas être suffisante pour atteindre le point. De plus, particulièrement sur les Schmidt-Cassegrain, les problèmes de vignetage sont généralement plus critiques avec un réducteur.