klassische Nachtsichtgeräte am Sternenhimmel ... und etwas Technik

[serenus]

H2-Schmalbandfilter sind schon einmal ganz gut im Sinne meiner vorhin ausgesprochenen Warnung, die Röhre durch möglicht wenig Photonen zu schonen. Besonders schmalbandige Preshift-Filter (blauverschoben) bringen eigentlich nur bei obstruierter Optik wirklich etwas, weil eben dann nur mehr oder weniger schräg einfallendes Licht durch den Filter gelangt. Rein refraktive Optiken haben in der Bildmitte immer auch senkrechten Lichteinfall und der wird durch preshift-Filter dann ja eher rausgefiltert. Es hilft halt nix: Bei 1:2 und noch lichtstärker ist es nunmal schwer mit so extrem schmalbamdigen Filtern zu arbeiten. Die Leute mit denen ich zusammen beobachte hatten damals Rayxxar-Optiken (De oude Delft) mit einem Öffnungsverhältnis von 1:0.75 mit ihren Nachtsichtröhren angewendet. Doch die besten Ergebnisse mit diesen Objektiven wurden mit doch breitbandigeren Filtern erziehlt.

 

[Eisenmeteorit]

Nur zur verständlichen Widergabe.... die PreShift Filter erhalten bei ihrer Fertigung eine künstliche Rotverschiebung. Erst die Verwendung mit dem von Baader empfohlenen Öffnungsverhältnis und der damit verbundenen Verschiebung ins Blaue, liegt der Filterdurchlass wieder genau auf der Emissionslinie.

Der andere Teil Deines Beitrags deckt sich mit dem Whitepaper von Baader. Wir haben hier aber die Situation, dass das Filter vor dem Objektiv befestigt wird und nicht zwischen Objektiv und NSG.
Nun bin ich davon ausgegangen, dass die Filterwirkung bei den max. möglichen 14° Einfallswinkel einer f/2 Optik (Einbauort zwischen Obj. und NSG) und einem identischen 14° FOV von Christophers 75mm Objektiv (Einbauort vor dem Obj.) gleich ist.
Aber das scheint, so wie ich es aus Christophers letztem Beitrag entnommen habe, nicht gegeben. Das warum, würde mich interessieren.
Denn wenn mein Test mit dem 6,5 nm H-alpha Filter erfolgreich sein sollte, würde ich über einen mit 3,5 nm nachdenken. Dazu müsste der Sachverhalt aber geklärt sein. Denn die Anschaffungskosten sind ja nicht ohne .... und nur ausprobieren und evtl. wieder zurückschicken möchte ich auch nicht.

CS Frank

 

[Schiefspiegler]

Lieber Serenus, meine Kommentare zu Preshift-Filter beziehen sich auf eine Platzierung des Filters vor dem Objektiv. Das hat sich sehr bewährt, wobei diese Anwendung auf Objektive mit max. ca. 65mm beschränkt bleibt, da die größten erschwinglichen H-Alpha Filter 65mm Durchmesser haben. Bei solcher Frontfilterung habe ich gute Erfahrungen sogar mit 3,5nm Halbwertsbreite gemacht. Ich berichte detailliert dazu aus der Beobachtungspraxis hier (auf Englisch auf Cloudy Nights).

Frank, ja, für Dein Gerät ist ohnehin Entwarnung. An meinem Zeiss 5,6x62 Gerät mit 8,3° Feld sehe ich keinen störenden Abfall der H-Alpha Abbildung zum Rand hin, sowohl mit dem Baader 65x65mm CMOS 6,5nm Filter als auch mit dem 3,5nm Filter. Preshift-Filter kommen bei mir nur zur Anwendung, wenn der Abfall von der Mitte weg deutlich ist, das ist bei mir z.B. bei 1x (41° Feld) und 2x (21°).

Der 3,5nm Filter liefert an meinem Gerät einen deutlichen Kontrastgewinn für die H-Alpha Nebel gegenüber 6,5nm. Freilich fängt auch eine Szintillation an, d.h. die Röhre fängt an, "photon-starved" zu sein. Ob also 3,5nm in der Summe einen Gewinn bringt hängt vom Öffnungsverhältnis des Objektivs, von der Transmission des Objektivs bei 656nm, und nicht zuletzt von der Leistung der Röhre ab. Sinkt die Summe dieser Parameter unter einer bestimmten Schwelle, frisst die Szintillation den Kontrastgewinn wieder auf. Ob das bei Deinem Gerät der Fall ist oder nicht, kann tatsächlich nur praktisch ermittelt werden.

Ich nehme an, dass es für Uwe OK ist, wenn ich ihn hier zitiere. Meine Behauptung war: "Preshift-Filter sind wertvoll ab einem bestimmten Bildwinkel, darauf kommt es an. Z.B. bei 2facher Vergrößerung mit 21° Bildwinkel (also 10,5° am Bildrand) tritt eine zunehmende Blauverschiebung auf."

Uwe antwortete: "Das ist falsch. Die Lichtquelle ist sehr weit entfernt und die Wellenfront ist eben. Sie verlässt den Filter auch wieder eben. Ein Winkel entstet erst dadurch, dass die erste Linse die Wellenfront beugt. Oder anders ausgedrückt: Der Filter kann ja gar nicht wissen, ob eine weit geöffnete oder schwach geöffnete Optik dahinter kommt. Es sieht anders aus, wenn du den Filter im divergierenden Strahlengang einfügst, also zwischen Optik und Photoschirm / Sensor / Film."

Dies schmeisst die auf Cloudy Nights herrschende Auffassung um, dass die Blauverschiebung bei Frontfilterung vom Einfallswinkel abhängt und folglich mit steigender Winkelgröße des Bildfeldes zunimmt. Ich muß sagen, daß ich nun gar nicht mehr weiß, was ich denken soll. Bin dankbar für alles Kluge, was den hier Lesenden dazu einfallen mag!

Christopher

 

[Eisenmeteorit]

Christopher,
kann es sein, dass Uwe von einem kleineren Einzelobjekt ausgeht, dessen Licht senkrecht auf das Filter auftrifft, Du aber von ausgedehnten oder mehreren Einzelobjekten sprichst, die im gesamten Gesichtsfeld sichtbar sind und folglich aus unterschiedlichen Winkeln auf das Filter einwirken?

Denn Deine drei Tests auf CN kann ich gut verstehen und nachvollziehen.
Trotzdem, alles Neuland für mich ...

Danke und viele Grüße
Frank

 

[P_E_T_E_R]

Hallo Christopher,

da irrt der liebe Uwe wohl: richtig ist zwar, dass von weit entfernten Punktlichtquellen (Sternen) Kugelwellen emittiert werden, die am Teleskop effektiv als ebene Wellen ankommen. Aber die Ausbreitungsrichtung dieser ebenen Welle relativ zur optischen Achse der Optik und der Eintrittswinkel am Frontfilter hängt vom Feldwinkel des Sterns ab.

Wenn du deine Optik z.B. auf α-Ori (Betelgeuse) richtest, dann trifft die ebene Welle von diesem Stern genau senkrecht auf das Frontfilter. Die ebene Welle von β-Ori (Rigel) trifft dann aber nicht mehr senkrecht, sondern unter dem Feldwinkel von 18,6° auf das Filter. Mit den entsprechenden Auswirkungen auf den spektralen Durchlass.

Gruß, Peter

 

[serenus]

Ich merke schon, hier diskutieren wahre Optikspezialisten, da klinkt sich der liebe serenus an dieser Stelle wieder aus. Aber nicht ohne noch ein neues Stichwort in die angeregte Runde zu werfen: Telezentrik!

 

[Eisenmeteorit]

Hallo Peter,
das war auch mein erster Gedanke, der in meinem letzten Beitrag anders formuliert war.

Allerdings zählt man sein persönliches eins+eins nicht immer zum richtigen Zeitpunkt zusammen und was Uwe in kurzem Text schrieb ist tiefgreifender als ich zuerst erkannt habe.

Die Information eines sehr weit entfernten Objektes dringt ja als flache Front in das Filter ein. Steht das Objekt senkrecht zur optischen Achse, liegt die Front parallel zur Filteroberfläche. Liegt das Objekt seitlich davon, dringt die flache Front in einem Winkel ein.
Und hier könnte Uwes Einwand begründet liegen.
Die f/2 Filter sind von den Filterschichten her so konstruiert, dass sie hinter der Objektivlinse, alle Bildpunkte die zu einem Objekt gehören und die, durch das Objektiv aus unterschiedlichen Winkeln auf das Filter eintreffende Licht, zu einem "wellenlängenkorrigierten" Gesamtergebnis vereinen.
Dies setzt also voraus, dass die Bildentstehung durch Interferenz einer Wellenfront, erst durch das Zusammenwirken verschiedener Winkel hinter der Objektivlinse sowie der Korrektur des Baaderfilters, zu einem befriedigenden Ergebnis führt.

Setze ich jetzt dieses Filter vor die Objektivlinse, dringen von den Objekten aber nur parallele Strahlen in das Filter ein; von jedem einzelnen Nebel im Gesichtfeld unter seinem eigenen Winkel. Dafür sind die f/2 Filter aber nicht gerechnet.

Könnte das eine Erklärung sein?

Viele Grüße
Frank

 

[Optikus]

Moin,

ein Filter im parallelen Strahlengang wird nicht tangiert, das Thema der schnellen Filter entsteht in fokussierten Strahlengang durch die unterschiedlichen Ein- und Austrittswinkel, je schneller, je steiler.

Insofern dürfte es bei einem Frontfilter keinen Auswirkung haben, bis zu welchem Öffnungsverhältnis er gerechnet ist.

Auf der optischen Achse wird jeder Filter senkrecht durchstrahlt. Das muss er also können.

CS Jörg

 

[Eisenmeteorit]

Hallo Jörg,
genau das war ursprünglich auch meine Vermutung und Peters Beitrag.
Aber ist es wirklich so einfach, FOV und das Öffnungsverhältnis gleichzusetzen?
Bei f/x entsteht ein Bild aus allen Bildpunkten der kompletten Linse, also aus vielen Winkeln. Genau die benötigt das Filter.
Bei FOV ebenfalls aus allen Bildpunkten, die aber alle parallel eintreffen.

Also nicht geometrisch sondern wellenoptisch betrachtet.

Ich kann es nicht anders beschreiben.
Frank

 

[Optikus]

Moin,

das ganze ist geometrische Optik vom Reinsten.

Letzlich entscheidet, unter welchem Winkel die Wellenfront der Objekte, die parallel aufgrund der Entfernung bei uns ankommen, auf die Filterschichten trifft. Dadurch ergeben sich die Winkel- und damit die Wegeunterschiede in den Schichten und dadurch die Abweichungen in der Filterwirkung.

Bei einem Frontfilter ist die Abweichung relativ gering bei kleinem FOV (lange Brennweite) und relativ groß bei sehr großem FOV (Superweitwinkel) - wobei es natürlich auch praktische Grenzen gibt, für ein Fischauge wirst Du keinen Frontfilter mehr finden.

Ein sehr großes FOV ist von seinem Einfluss auf den Strahlengang eher mit einer schnellen, ein sehr enges FOV mit einer langsamen Optik gleichzusetzen, wenn denn der Filter im konvergenten Strahlengang läge!

>> L.Ä.G.E.! Tut er vor der Optik aber nicht. Daher ist das Öffnungsverhältnis hier nur als Äquivalent auf die Wirkung anzusehen - es hat aber mit dem Fall an sich nichts zu tun. <<

Der Frontfilter hat keine Kenntnis darüber, was für eine Optik hinter ihm liegt, das ist auch unerheblich. Alles was da gefiltert wurde ist VOR der abbildenden Optik passiert.

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Ein Filter im konvergenten Strahlengang wiederum wird von der geometrischen Ausformung des Strahlengangs in der Abhängigkeit von der Objektivkonstruktion an seinem Einbauort beeinflusst.

Geht man vorstellungsmäßig von einer Einzellinse aus wird der Lichtkegel je schneller die Optik wird, immer steiler. Zeichnet man sich das auf erkennt man, dass es bei gleichem Öffnungsverhältnis unbeachtlich ist, bei welcher Brennweite man das aufzeichnet, der entstehende Lichtkegel ist immer gleich steil!

D.h. die Randstrahlen kommen in einem deutlich anderen Winkel am Filter an, als die Strahlen in der optischen Achse. Wie das exakt am Ort des Filters aussieht weiß vermutlich nur der Optikkonstrukteur, aber an dem generellen Faktum, dass der Strahlengang bei einer schnellen Optik steiler ist als bei einer langsamen, ändert das nichts. Das Bild einer Einzellinse trifft die üblichen Fernrohre aber m.E. sehr gut.

Insofern ist die Sache relativ einfach, wenn man sich den Strahlverlauf mal auf einem Blatt Papier aufzeichnet.

Fügt man an irgendeiner Stelle des Strahlengangs eine Telezentrik ein und setzt dort den Filter ein, wird dieser durch den herrschenden annähernd parallelen Strahlengang nicht beeinflusst, man muss nur nach der Telezentrik die Brennweitenverlängerung, die damit einhergeht, wieder aufheben.

CS
Jörg

 

[Schiefspiegler]

Ohje, nach Peter's Beitrag - der genau meinem Verständnis entsprach - war ich "beruhigt". Nun wieder verunsichert, was die optischen Gesetzmäßigkeiten betrifft.

Immerhin, meine Empirie steht: Es macht bei einem H-Alpha Frontfilter, angebracht vor dem Objektiv eines Nachtsichtgeräts, eine Menge aus, ob er preshifted ist oder nicht. Der Bereich des Sehfeldes, in dem der Durchlaß des Filters die Zielwellenlänge erfaßt, wird zum Feldrand verschoben/erweitert. Teilweise führt dies gar zu einem "Loch" in Feldmitte, wo der Durchlaß des Filters über die Zielwellenlänge hinaus rutscht.

Diese Erweiterung, sowie das gefürchtete "Loch", über verschiedene Filter und Objektive zu bestimmen, war Ziel meiner auf Cloudy Nights berichteten Versuchsreihe. Auch wenn meine theoretischen Annahmen, welche diese Versuchsreihe lostraten, ungenau gewesen sein sollen, haben sie immerhin empirische Ergebnisse angestoßen, die ich in meiner Beobachtungspraxis sehr wertvoll finde
Insbesondere die Nützlichkeit des 3,5nm f/3 Filters bei 1x (25mm Objektiv mit 41° Feld) ist da zu erwähnen (er erlaubt z.B. die gleichzeitige Beobachtung in einem Feld von Rosette, Barnard's Loop und Möwennebel; erkauft mit einem kleinen "Schwächungsloch" in Feldmitte). Auch der Gewinn des 6,5nm f/2 Filters bei 2x (50mm Objektiv mit 21° Feld) ist beachtlich (allgemeine Verbesserung des Bildes über fast das ganze Feld, ohne "Loch").

Bei 5x (125mm f/2 Objektiv mit 8° Feld, hallo Frank!) habe ich vorgestern mal systematisch die grossen 65x65mm Filter getestet, wie stets als Frontfilter. Die Ergebnisse, ganz knapp:

# Der 6,5nm non-preshift Filter liefert ein gutes H-Alpha Bild praktisch über das gesamte Feld. Das letzte Viertel des Feldes lässt nach, was vielleicht am hochgeöffneten Objektiv schon liegen könnte (ohje, jetzt theoretisiere ich schon wieder!).

# Der 6,5nm f/2 Filter verschlechtert das H-Alpha Bild über praktisch das gesamte Feld.

# Der 3,5nm non-preshift Filter zeigt alle H-Alpha Objekte, gerade auch diejenigen, die mit 6,5nm non-preshifted an der Wahrnehmungsgrenze sind, deutlich besser/kontrastreicher. Es kommen weitere Nebel im Bild zum Vorschein, die nicht mit 6,5nm zu sehen sind. Der Nachteil: ein spürbares Nachlassen der H-Alpha-Nebel-Abbildung in der äußeren Hälfte des Bildes. Immerhin bleiben die inneren 4° des Feldes davon unbeeinträchtigt, was für die meisten Nebel am Himmel dicke reicht, und auch ganz am Feldrand bleiben die hellsten Nebel sichtbar wenn auch sehr reduziert.
Z.B. kann ich den Nordamerikanebel noch gut sichtbar an den Feldrand stellen und habe dann Sh 2-112, Sh 2-115 und weitere Nebel, für die ich noch die Namen herausbekommen muß da sie die auf allen Karten fehlen, gut sichtbar in den inneren 4° des Feldes). Diese Art der Grenzerweiterung ist es, für die ich den ganzen Aufwand betreibe. Daher bleibt das 125mm 5x Objektiv und der 3,5nm non-preshift Filter auf dem Gerät, mit nur gelegentliche Ausflüge in 1x und 2x.

Es wäre im Prinzip interessant zu sehen, was mit dem 3,5nm f/3 preshift Filter bei 5x passiert. Er liegt mir aber nicht vor.

CS, Christopher

 

[Optikus]

Hallo Christopher,

zeichne es Dir auf, die Sache ist dem Grunde nach trivial.

Wie gesagt, das Filter VOR dem Objektiv weiß nicht was dahinter ist. Was hinter dem Filter ist, kann er nicht mehr beeinflussen.

Was aber auf jeden Fall Fakt ist - das auf die dem Filter eigene ob un geschiftete oder nicht geshiftete Zentralwellenlänge interagiert mit dem dahinterliegenden Objektiv. Und was der Imagetrain damit macht kann durchaus verschieden sein. Letztlich macht nur Versuch kluch, was bei Deinem Setup am besten funktioniert.

CS
Jörg

 

[P_E_T_E_R]

Die f/2 Filter sind von den Filterschichten her so konstruiert, dass sie hinter der Objektivlinse, alle Bildpunkte die zu einem Objekt gehören und die, durch das Objektiv aus unterschiedlichen Winkeln auf das Filter eintreffende Licht, zu einem "wellenlängenkorrigierten" Gesamtergebnis vereinen.

Sorry Frank, das wäre ja fantastisch, aber da hast du eine völlig verquere Vorstellung von der Funktion dieser Interferenzfilter. Diese Filter haben allesamt das Manko der winkelabhängigen Blauverschiebung, und das schlägt nun mal immer dann zu, wenn das Licht nicht senkrecht, sondern unter einem Winkel zur optischen Achse auf das Filter trifft.

Dabei ist es egal, ob das Filter vor der Optik steht oder dahinter. Ausschlaggebend für den Grad der Blauverschiebung ist nur der Einfallswinkel. Steht das Filter vor der Optik, dann bestimmt nur der Feldwinkel diesen Einfallswinkel. Steht das Filter hinter dem Objektiv vor dem Fokus, dann kommt zum Feldwinkel noch der Öffnungswinkel der Optik, also das Öffnungsverhältnis, hinzu.

It's that simpel!

Gruß, Peter

 

[Eisenmeteorit]

Danke für die erklärenden Texte Peter und Jörg.

Die Funktionsweise von "normalen" IF-Filtern ist mir bekannt, die Arbeitsweise der PreShift- Filter jetzt auch.
Das, was ich dazu schrieb, war ein Deutungsversuch oder auch eine Überlegung zu Uwes Einwänden. Es wäre natürlich schön, wenn er es hier einmal erklären könnte.
Und ich freue mich über jeden verständlich formulierten Text. Denn der steigert den Gewinn an Informationen und den Spaß an der Sache überhaupt.

Der Bracken-Atlas ist mittlerweile eingetroffen. Nun werde ich am Wochenende auf die Jagd gehen...

CS Frank

 

[Eisenmeteorit]

Immerhin, meine Empirie steht: ......

Eine klasse und nützliche Zusammenfassung Christopher!

Vielen Dank dafür
Frank

 

[UwePilz]

Ich melde mich mal selber hier.

Interferenzfilter wirken durch dünne Schichten in der Größenordnung der Wellenlänge. Dadurch werden Frequenzen ausgelöscht oder reflektiert. Ausgelöscht bei der Entspiegelung und reflektiert bei Schmalbandfiltern.

Wie Peter schreibt, ist die vom Hersteller gedachte Wirkung nur bei geradem Strahldurchlauf gegeben. Das kann jeder probieren, einfach mal einen Interferenzfilter vor einer Lichtquelle kippen.

Strahlen aus dem Unendlichen sind aber parallel, bzw. die Wellenfron ist eben. Hinter dem Filter wie vor dem Filter.
Schräg zur Achse einfallende Strahlen hat man nur bei Fokussierung auf nahe Objekte.

Ich habe die Wirkung solche Filter (am Beispiel von Entspiegelungsschichten) als Wellenoptik in Python programmiert. Da sieht man die Wirkung am Rechenmodell schön. Ich verwende dort das Huygens'sche Prinzip, das ist das universellste überhaupt. Rechnet aber eine Weile.

Irgendwann bringe ich das im VdS-Journal. Wenn jemand sich da reingraben will, gebe ich das auch vorher mal raus. Es ist aber noch nicht bis ins Letzte didaktisch aufbereitet.

 

[konfokal]

Strahlen aus dem Unendlichen sind aber parallel, bzw. die Wellenfron ist eben. Hinter dem Filter wie vor dem Filter.
Schräg zur Achse einfallende Strahlen hat man nur bei Fokussierung auf nahe Objekte.

Hallo.

Um es noch einmal klar zu sagen, weil das immer noch missverstanden klingt: Wie Peter schon oben erläutert hat, erscheinen die Strahlen aus ein und derselben Punktlichtquelle (eines Sterns) trotz ihrer Abstrahlung als Kugelwelle in genügend großer Entfernung zwar als parallel, weil dort nur noch ein kleiner Sektor der Kugel erfasst wird, so dass auch die eigentlich kugelförmige Wellenfront eben erscheint.

Aber die ebenen Wellenfronten zweier verschiedener Punktlichtquellen (getrennt aufgelöster Sterne) stehen nicht parallel zueinander sondern erscheinen um den jeweiligen Feldwinkel der Stellungen dieser Sterne gegeneinander geneigt. (Siehe sein Beispiel Beteigeuze und Riegel). Insofern fallen hier von verschiedenen Sternen sehr wohl schräg zueinander bzw. zur optischen Achse stehende Strahlenbündel ein (deren jedes nur in sich selbst und über den jeweils noch schräg wirksamen Öffnungsquerschnitt betrachtet parallel ist)

D.h. wenn man einen Stern ganz nahe am Feldrand von Okular oder Kamera platziert, trifft die Wellenfront seiner in sich parallelen Strahlen auch entsprechend schräg verkippt zur zentralen optischen Achse ein. Dass es nur bei nahen Objekten zu schrägem Lichteinfall käme, stimmt also nicht.

Gruß
Mathias

 

[P_E_T_E_R]

Strahlen aus dem Unendlichen sind aber parallel, bzw. die Wellenfron ist eben. Hinter dem Filter wie vor dem Filter.

Soweit so gut, aber hier divergieren wir:

Schräg zur Achse einfallende Strahlen hat man nur bei Fokussierung auf nahe Objekte.

Sorry Uwe, aber das ist doch Kokolores. Auch Feldsterne produzieren, je nach ihrer Position am Himmel, schräg zur Achse einfallende Strahlen oder meinetwegen auch ebene Wellen nach dem Prinzip von Huygens und solche Sterne sind ja nun sicher keine nahen Objekte. Vergiss mal für einen Augenblick die fokussierende Optik und betrachte, gedanklich oder auch tatsächlich, mit einem solchen Interferenzfilter vor dem Auge ein größeres Sternbild:

Das Licht eines jeden Sterns fällt jeweils als ebene Welle auf das Filter, aber die Einfallsrichtung am Filter hängt von der Richtung des Sterns am Himmel relativ zur Filternormalen ab, was zu der hier bereits intensiv diskutierten Blauverschiebung vom spektralen Durchlass vom Filter führt.

Das gilt insbesondere auch bereits für Filter vor der Optik, wo noch gar keine Fokussierung stattgefunden hat. Für Filter hinter dem Objektiv kommt zum Feldwinkel des Sterns noch die refraktive Wirkung des Objektivs hinzu, also dessen Öffnungsverhältnis. In beiden Fällen, Filter vor oder hinter dem Objektiv, bestimmt der variable Einfallswinkel der Lichtstrahlen am Filter die Performance.

Gruß, Peter

P.S.: Da hat der Mathias (konfokal) schon in dieselbe Kerbe geschlagen, aber doppelt hält bekanntlich besser.

 

[UwePilz]

Lieber Peter, du hast mich überzeugt. Abseits stehende Sterne erzeugen freilich schräge Strahlen. Danke für die Aufklärung bzw. diesen Blickpunkt.