Preshift und weitere Informationen zu Baader CMOS Filtern

Neu f/3 Ultra-Highspeed (Ultra-Narrowband) Filterkategorie

In den letzten Monaten nach der Einführung unserer neuen CMOS-optimierten Filterfamilien haben wir viele positive Rückmeldungen von unseren Kunden erhalten.

Allerdings häuften sich die Berichte und langen Diskussionen über Signalschwäche, Halo-Stärke usw., die immer mehr zeigten, dass die Komplexität dieses Themas einer ausführlichen Erläuterung bedarf. Insbesondere wenn man an die physikalischen Grenzen geht, wie bei unseren Ultra-Narrowband (UNB) Filtern, gibt es keine Standardlösung für jeden Nutzer mit unterschiedlichen Teleskopen, Himmels- und Wetterbedingungen.

Diese Situation wurde dadurch verschärft, dass gerade die Kategorie der f/2-Ultra-Highspeed-Filter eine selektivere Kategorisierung benötigt, um Filter mit dem richtigen PRESHIFT auszuwählen, die dem Öffnungsverhältnis (f/ratio) und dem Obstruktionsgrad der jeweiligen Teleskopoptik entsprechen.

Bis vor einigen Wochen erhielten die meisten Kunden Filter, die für sie sehr gut funktionierten, während einige andere die gleichen Filter erhielten – die aber an ihrem Teleskop schlechter funktionierten. Es hat uns einige Zeit gekostet, die notwendige Einsicht zu erlangen und die Wissensbasis zu schaffen, wie man Filter korrekt nach den vielen verschiedenen Öffnungsverhältnissen sowie den verschiedenen Stufen der Obstruktion bei katadioptrischen Teleskopen und Newtons auswählen kann.

Bitte nehmen Sie sich die Zeit an unseren Erkenntnissen teilzuhaben und zu lernen, was bisher noch nirgendwo vernünftig erklärt wurde:

Preshift – was ist das?

Whitepaper: Schmalband-Filter an astronomischen Teleskopen

Die Theorie in Kürze erklärt

Beim Arbeiten mit f/2 (in geringerem Maße auch mit f/3 und längeren Brennweiten) durchquert das einfallende Licht jeden Filter mit einer Neigung von 0° bis maximal 14° bei f/2-Teleskopoptiken. Dies erfordert, dass der Bandpass von Highspeed-Schmalbandfiltern je nach den optischen Parametern des Teleskops um 1 nm bis 2,5 nm rotverschoben (red-shift) werden muss. Die meisten Filterlieferanten "shiften" die Wellenlänge ihrer Filter überhaupt nicht, und die Kunden erhalten immer einen Filter, der "direkt auf das Passband" hergestellt wird. Das funktioniert bei den meisten Teleskopen gut, solange die Halbwertsbreite des Filters groß genug bleibt und das Öffnungsverhältnis des Teleskops deutlich über f/3,4 liegt – und auch nur dann, wenn die Optik des Teleskops keine zentrale Obstruktion aufweist. Ab < f/4 und in Verbindung mit der zunehmenden Obstruktion schnellerer optischer Teleskope ist jedoch nichts mehr "auf Band", da die transmittierte Wellenfront eine immer größere "Blauverschiebung" (blue-shift) erfährt – wie gesagt, abhängig vom Öffnungsverhältnis und dem Ausmaß der Obstruktion. Ohne diese unvermeidliche Blauverschiebung durch eine geeignete Rotverschiebung zu kompensieren, kann ein 95%-Peak-Transmissionsfilter zu einem 30%-Transmissionsfilter mutieren. Aus diesem Grund haben wir immer zwischen regulären Schmalbandfiltern ohne Preshift und Highspeed-Filtern mit Preshift unterschieden, um eine maximale Filtertransmission für den weiten Bereich von Teleskopen mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen zu erreichen.

Bisher haben Filterhersteller keine Informationen über die Notwendigkeit des Preshift von Schmalbandfiltern veröffentlicht (nur wenige bieten "auf besonderen Wunsch" geshiftete Filter an – zu hohen Kosten). Aus Sicht der Hersteller mag dies einigermaßen verständlich sein, denn es erfordert die Bevorratung einer Vielzahl verschiedener Filtergrößen und verschiedener Filterfamilien für verschiedene Teleskopoptiken, wobei jede Filterkategorie um einen genau definierten Grad unterschiedlich rotverschoben sein muss. Und um die Sache noch schwieriger zu machen, muss sogar die Temperaturverschiebung zu einem geringen Grad berücksichtigt werden. Unter realen Beobachtungsbedingungen in einer Winternacht bei -20 °C hat derselbe Filter beispielsweise ein etwas anders verschobenes Transmissionsfenster als bei der Verwendung im Labor bei + 20 °C. Bei langbrennweitigen Optiken bleibt dies unbedeutend, wird aber bei schnelleren Optiken zunehmend relevant. Aus diesem Grund zeigen wir unten das unterschiedliche Verhalten der Temperaturverschiebung von Filtern für Temperaturbereiche von -20°C bis +20°C in drei separaten Diagrammen.

Abschließend wird all dies in einem 24-seitigen Whitepaper ausführlich und mit erklärenden Grafiken erläutert.
Wenn Sie sich mit dem Thema Preshift bei Schmalbandfiltern auseinandersetzen wollen, bitten wir Sie, das Paper sorgfältig zu studieren.


Das Problem identifiziert

Beispiel: H-alpha 3.5nm Ultra-Narrowband/Highspeed Filter Selektor Grafik

Normalerweise wird für O III (und S II) eine ähnliche Signalstärke wie bei H-alpha erwartet/erhofft, aber dies ist durch die Physik begrenzt. Die Angleichung der Signalstärke von Schmalband-O-III-/S-II-Daten an die bei H-alpha gewonnenen Daten erfordert immer längere oder mehr Belichtungen als bei H-alpha, da die Emissionslinien von O-III- und S-II-Nebel viel weniger Energie liefern. Eine harte Streckung bei unzureichender Datentiefe wird sicherlich oft Halos hervorbringen. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass bei H-alpha-Filtern im Vergleich zu O III- und S II-Filtern selten Halo-Beschwerden auftreten. Diese Tatsache hat dazu geführt, dass wir nicht genau genug aufgepasst haben, wenn Rückmeldungen über unzureichendes Signal auftraten – meist bei der Highspeed-Version der Ultra-Schmalbandfilter, die bei schnellen Optiken verwendet werden.

Beispiel: OIII 4nm Ultra-Narrowband/Highspeed Filter Selektor Grafik

Eigentlich waren wir davon überzeugt, der Astro-Gemeinde bereits etwas Gutes zu tun, indem wir überhaupt vorverschobene (preshifted) Filter in Form einer f/2-Highspeed Filterkategorie anbieten und dabei die Preise für solche kleinen und dedizierten Produktionsserien in einem erschwinglichen Rahmen halten. Bereits vor einigen Jahren haben wir die CCD f/2 Highspeed-Filter eingeführt, die sehr gut funktionieren (bei sogar noch etwas breiteren Durchlassbereichen als die aktuellen 6,5 nm f/2 Highspeed-Filter). Sowohl unsere aktuellen 6,5 nm CMOS-optimierten Highspeed-Filter als auch die früheren CCD-Highspeed-Filter wurden mit einem Preshift hergestellt, um einen Teleskop f/Bereich von f/3,4 bis hinunter zu f/1,8 zu bedienen. Dies funktioniert gut für Filter mit einem FWHM-Passband von bis zu 6,5 nm (siehe die detaillierten Erklärungen im oben verlinkten Whitepaper). Es wurde allerdings bisher nicht vernünftig erklärt, wie man zwischen regulären Narrowband- und Highspeed-Filtern wählen kann, was zu Schwierigkeiten für die Benutzer führte, zwischen den beiden zu unterscheiden. Einige Benutzer erhielten somit einen Filter, der weniger Signal liefert als erwartet. Aus diesem Grund wurden die beiden unterschiedlichen Kategorien 6,5 nm Narrowband/Highspeed-Filter auch in unserem Auswahlhelfer (Filter-Selektor) unten mit aufgenommen.

Aber was mit nur zwei Filterkategorien bei FWHM 6,5 nm (Narrowband und f/2 Highspeed) noch gut funktioniert, funktioniert mit FWHM 3,5 nm und 4 nm Filtern an schnellen Optiken nicht mehr so gut, wie wir lernen mussten. Bei solchen sehr schmalbandigen Passbändern von 3,5 bzw. 4 nm war es mit den beiden bisher verfügbaren Ultra-Narrowband und f/2 Ultra-Highspeed Filterfamilien nicht möglich, die Filter im f/-Bereich von f/3,4 bis hinunter zu f/2,3 perfekt an die Teleskope des Benutzers anzupassen. Falls Ihr Teleskop in diesem f-Bereich schneller als f/3,4 bzw. langsamer als f/2,3 arbeitet, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie mit dem falschen 3,5/4 nm Filter-Preshift beliefert wurden und zu Recht eine geringe Filtertransmission beklagen. Für alle anderen Öffnungsverhältnisse funktioniert die Unterscheidung zwischen Ultra-Narrowband oder f/2 Ultra-Highspeed sehr gut, und hier haben wir nur sehr wenige Rückmeldungen über Signalverluste.

Beispiel: SII 4nm Ultra-Narrowband/Highspeed Filter Selektor Grafik

Wir haben einige Zeit gebraucht, um herauszufinden, dass die Ursache für Berichte über schwaches Signal und Halos fast ausschließlich von Leuten kommt, die einen als f/2 deklarierten Ultra-Highspeed-Filter gekauft haben – ihn aber im Bereich von f/2,3 bis f/3,4 verwenden. Oder Leute, die einen 3,5/4 nm Ultra-Narrowband-Filter gekauft haben, ihn aber mit Optiken schneller als f/3,4 verwenden.

Diese Situation hat uns in den letzten Wochen dazu veranlasst, die Auslieferung von Filtern zu stoppen und die Zeit zu nutzen, um unsere Kategorisierung der 3.5/4 nm Ultra-Narrowband / Ultra-Highspeed Filter in drei verschiedene Kategorien zu überarbeiten

Die unten abgebildete Auswahlhilfe macht es Ihnen oder Ihrem Händler leicht, die am besten geeignete Filterkategorie für Ihr Teleskop oder Ihre Teleskopserie zu finden. Es wird schnell klar, dass die Wahl von Filtern im breiteren Durchlassbereich von 6,5 nm einen größeren Bereich von Optiken abdeckt und gleichzeitig günstiger ist. Dies sind sehr gute "Brot&Butter"-Filter.

Es gibt jedoch auch gute Gründe, sich für eine der (jetzt) drei Ultra-Narrowband/Highspeed-Kategorien zu entscheiden. Meistens dann, wenn man unter hellem Himmel in oder in der Nähe einer Stadt oder anderer starker Lichtverschmutzung arbeiten muss. Im Allgemeinen rechtfertigt eine Himmelshelligkeit oberhalb von Bortle 7 absolut die Verwendung eines 3,5/4 nm-Filters, das einen ~1,4-fach besseren Kontrast hat als der ansonsten ähnliche 6,5 nm-Filter.

Baader Narrowband-/Highspeed Filter Selektor

Personen mit Teleskopen von f/3.4 bis f/2.3, die Probleme mit der Signalstärke/Helligkeit eines Kanals haben, werden gebeten, uns zu kontaktieren, damit entschieden werden kann, ob eine Rückerstattung oder ein Umtausch in Frage kommt, oder ob es andere Lösungen/Ratschläge gibt.

Baader Narrowband-/Highspeed Filter Auswahlhilfe (Selektor)

Um Ihnen in Zukunft bei der Entscheidung zu helfen, welche Art von Highspeed- (oder Schmalband-) Filter Sie für Ihr Teleskop benötigen, nutzen Sie bitte den neuen Filter-Selektor, der Ihnen auf Basis Ihrer Eingaben die richtige individuelle Auswahlgrafik liefert. Generell ist zu beachten, dass es bei der Auswahl eines (Ultra-)Schmalband-/Highspeed-Filters mehrere Faktoren zu berücksichtigen gibt:

  1. Das Öffnungsverhältnis (f/#) sowie die gewünschte Halbwertsbreite (6.5nm oder 3.5/4nm)
  2. Die Vignetting (zentrale Obstruktion in %) des optischen Systems hat einen großen Einfluss auf die Blauverschiebung des Filters und muss in das Diagramm aufgenommen werden, um den am besten geeigneten Filter zu finden.
  3. Temperaturverschiebung: Was auch immer in einem warmen Labor bei 20°C gemessen wird, wird sich bei -20°C um etwa 0,4 nm bis zu einem Maximum von ~1 nm ins Blaue verschieben. Daher sollte die durchschnittliche Temperatur Ihres Beobachtungsortes berücksichtigt werden, vor allem bei der Auswahl von (Ultra-)Narrowband-/Highspeed Filtern.

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit.

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