Der Trend zur immer engeren Bandbreite verspricht ultimativen Kontrast trotz Lichtverschmutzung. Doch bei nur 3nm werden hohe Anforderungen an die exakte Position der Zentralwellenlänge gestellt, um sowohl an langsamen Optiken, als auch wie beworben bis f/4 zu funktionieren.
Mit einer Rekordauflösung von 0,0075 nm pro Pixel wird die „DNA“ der Filter sichtbar: von massiver Serienstreuung der Zentralwellenlänge bis hin zu fundamentalen Unterschieden im Schichtdesign. Durch Verkippung des Filters wurde das Verhalten bei unterschiedlichen Einfallswinkeln bzw. Öffnungsverhältnissen gemessen und festgestellt, warum manche Filter an f/4 triumphieren, während andere kläglich versagen.
Getestet wurden folgende Filter:
- 3 zeitgleich beschaffte Antlia ALP-T Dualband 3nm Narrowbandfilter (SII und OIII)
- 2 Antlia ALP-T Dualband 3nm Narrowbandfilter (Ha und OIII)
- jeweils 1 Altair Ultra 3,5nm Ha und OIII, sowie SII und OIII.
Jedem Antlia-Filter lag ein „Filter Scan Report“ bei. Der Begleittext
„Each product undergoes rigorous testing using advanced spectrometers to ensure accurate and reliable performance data. We are proud to share this comprehensive information directly with every Antlia user….“
suggeriert einen individuellen Test des erworbenen Filters. Bei mir lagen jedoch identische Kopien eines wertlosen, da viel zu weitem Spektrums von 200nm bis 900nm bei.
Den Altair-Filtern lag dagegen ein individuelles, aussagekräftiges Messprotokoll bei. Ein charakteristisches Merkmal des Filters auf dem Messprotokoll konnte reproduziert werden.
Um die physikalischen Eigenschaften der Schmalbandfilter jenseits von Marketing-Angaben zu entschlüsseln, wurde ein hochauflösendes spektroskopisches Messverfahren adaptiert, welches Spektren von 649 bis 678 nm (Ha, SII) bzw. 482 bis 516nm (OIII) mit 3834 Pixel liefert. Zur Einordnung der Messergebnisse erfolgte außer Konkurrenz ein Vergleich zu einem Chroma Monobandfilter.
1. Methodik
Die Messeinrichtung besteht aus einem entkernten Diaprojektor als Lichtquelle, einem Kolimator bestehend aus Lochblende 0,4 mm im Brennpunkt eines 50mm Suchers, dem verkippbaren Filterhalter und dem Star’Ex Spektrograf.
Das Herzstück bildet der Star’Ex-Spektrometer nach Christian Buil in High Resolution Konfiguration. Im Internet ist eine ausführliche Anleitung zum Selbstbau verfügbar. Die mechanischen Bauteile können selbst im 3D-Drucker hergestellt werden, oder man bestellt einen fertigen Bausatz aus hochwertigem Filament und Einsätzen aus Metall. Die optischen Bauteile können verhältnismäßig günstig erworben werden. Man erhält ein Spektrometer, der keinen Vergleich mit professionellen Geräten zu scheuen braucht. Meine Konfiguration erzeugt Spektren mit 0,0075nm Auflösung.
- Optik: Ein 80/125 mm Linsen-System.
- Gitter: Ein Beugungsgitter mit 2400 Linien/mm, das für eine enorme Dispersion sorgt.
- Eintrittsspalt: Ein 10 µm Präzisionsschlitz bildet die Grundlage für das hohe Auflösungsvermögen.
- Kamera ASI585M mit 2,9 µm Pixel
Um den Blueshift bei exakt definierten Einfallswinkeln bzw. unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen zu messen, wurde ein „Lichtkraftwerk“ konstruiert:
- Lichtquelle: Ein entkernter 150W-Diaprojektor. Sein Kondensorsystem sorgt für eine extreme Leuchtdichte auf der Primärblende.
- Primärblende: Eine im Brennpunkt des Kollimators platzierte 0,4 mm Lochblende simuliert eine punktförmige Lichtquelle.
- Kollimator: Ein 50 mm Sucher-Objektiv, das das Licht der Blende in ein absolut paralleles Strahlenbündel (0° Divergenz) überführt. In diesem parallelen Strahlengang wurde der Filter auf einem drehbaren Messtisch platziert.
Für eine absolut verlässliche Wellenlängenachse wurde jede Messreihe referenziert:
- Kalibrierlicht: Eine Neon-Entladungslampe lieferte eine dichte Matrix an Referenzlinien zur präzisen Kalibrierung in der Software BASS.
- Flatfield-Korrektur: Das Filterspektrum wurde durch ein Referenzspektrum der reinen Halogen-Lichtquelle (ohne Filter) dividiert. Nur so konnte die instrumentelle Antwort und die Schwarzkörper-Kurve der Lampe eliminiert werden, um die effektive Transmission des Filters in Prozent zu erhalten.
- Winkelmessung: Die Messungen erfolgten in Schritten von 0°, 3°, 5°, 7°, 10°, 12° und 15°, um die Dispersionskurve (neff) experimentell zu bestimmen. Auf diese Weise konnte das Verhalten der Filter bei schrägem Lichteinfall und die Leistung an schnellen Optiken bestimmt werden.
2. Die Theorie hinter den Messungen
Blueshift
Wer Schmalbandfilter an schnellen Optiken (f/5, f/4 oder gar f/2) nutzt, stolpert unweigerlich über den Begriff Blueshift. Doch was passiert da eigentlich physikalisch?
Ein Interferenzfilter besteht aus dutzenden hauchdünnen Schichten. Die Filterwirkung beruht darauf, dass Lichtstrahlen zwischen diesen Schichten hin und her reflektiert werden. Die Bedingung für konstruktive Interferenz (da, wo der Filter durchlässig ist) hängt von der Verzögerung zwischen dem direkt reflektierten und dem im Inneren der Schichten hin- und hergeworfenen Strahl ab. Trifft der Lichtstrahl schräg in das Schichtpaket, rücken die Schichten für die eintreffende Wellenfront optisch enger zusammen. Da engere Abstände kürzeren Wellenlängen entsprechen, lässt der Filter plötzlich „blaueres“ (kurzwelligeres) Licht durch. Die gesamte Durchlasskurve wandert nach links, in Richtung blau (blue shift).
Das Problem bei schnellen Öffnungsverhältnissen
Ein Teleskop liefert kein paralleles Licht, sondern einen Lichtkegel. Je „schneller“ die Optik (kleine f-Zahl), desto steiler ist dieser Kegel und desto extremer sind die Winkel, unter denen die Randstrahlen auf den Filter treffen.
Man könnte meinen, nur die Bildränder seien vom Blueshift betroffen, da dort die Lichtstahlen schräg auf den Filter treffen und im Zentrum nicht. Das ist leider ein Irrtum: Über die ganze Fläche der Optik werden die Lichtstahlen gebündelt und auf den Sensor geworfen. Auch ein kleiner Planetarischer Nebel im Zentrum wird von Strahlen getroffen, die vom Rand der Optik kommen und treffen bei f/4 mit über 7° auf den Filter. Der Filter „sieht“ also für das zentrale Objekt nicht eine Wellenlänge, sondern eine Mischung aus verschobenen Durchlasskurven. Ist der Filter zu schmal oder falsch zentriert, schneidet er die Randstrahlen des Kegels einfach ab – die Transmission bricht auch in der Bildmitte ein.
Richtwerte: Wie stark ist der Shift?
Der Blueshift ist wellenlängenabhängig und betrifft die roten Linien (Ha, SII) deutlich härter als das blau-grüne OIII. Basierend auf einem typischen Brechungsindex der Filterschichten neff = 1,7 lässt sich der Shift berechnen:
| Öffnung | Winkel | Shift bei 656 nm (Ha / SII) | Shift bei 501 nm (OIII) | Konsequenz für 3nm Filter |
|---|---|---|---|---|
| f/10 | 2,8° | ~ 0,3 nm | ~ 0,2 nm | Vernachlässigbar |
| f/7 | 4,1° | ~ 0,6 nm | ~ 0,4 nm | Beides unkritisch. |
| f/5 | 5,7° | ~ 1,1 nm | ~ 0,9 nm | Ha wird kritisch, OIII hält noch. |
| f/4 | 7,1° | ~ 1,8 nm | ~ 1,3 nm | Grenzfall: Ha braucht Pre-Shift |
| f/2 | 14,0° | ~ 6,7 nm | ~ 5,1 nm | Totalausfall für beide ohne Highspeed-Filter. |
Aus dieser Berechnung ergibt sich für einen Einsatzbereich an Optiken f/10 bis f/4 ein optimaler Pre-Shift mittig in der Blueshift-Spanne 0,3…1,8 nm = 0,75 nm. Ein 3nm-Filter ohne Pre-Shift fällt an einer f/4-Optik auf eine Transmission von rund 50%.
3. Messergebnisse bei 0°-Einfallswinkel
3.1 [OIII]-Band
Die folgende Abbildung zeigt den Ausschnitt von etwa 493 bis 509 nm Wellenlänge und neben den Filterkurven das Spektrum der Ne-Kalibierlichtquelle und rot beschriftet einige Kalibierlinien.
Neben der Ziel-Wellenlänge (violette Linie) ist die Auswirkung des Blueshifts dargestellt. Beim Einsatz an schnellen Optiken = größerer Lichteinfallswinkel verschiebt sich die Transmissionskurve zu kürzeren (blauen) Wellenlängen. Anstelle die Kurven nach blau zu verschieben wurde zur Übersichtlichkeit nur die Ziel-Wellenlänge rot verschoben. Die Größe des Blueshifts ist abhängig vom Einfallswinkel (gestrichelt 5,7° entspricht f/5 und punktiert 7,1° entspricht f/4) und vom effektiven Brechungsindex (neff) der Beschichtung. Dieser wurde hier mit einem durchschnittlichen Wert von 1,7 angenommen.
Die effektive Transmission bei 0°-Einfallswinkel ist bei allen getesteten Filtern erfreulich hoch und liegt zwischen 90 und 96%.
Die Zentrierung auf die Zentralwellenlänge von 500,7 nm ist bei fast allen Filtern gegeben. Unter Berücksichtigung des Blueshifts wäre zur Kompensation eine Verschiebung des Durchlass-fensters um 0,5 -1 nm nach rot vorteilhaft gewesen. Leider berücksichtigt dies im Test weder Antlia noch Altair, so dass die [OIII]-Linie bei f/5 nahe oder auf der fallenden Flanke zu liegen kommt. Bei f/4 liegt die effektive Transmission für [OIII] zwischen 60 bis 80 %.
Die Bandbreite bei 50% Transmission (FW50) liegt zwischen 3,3 und 3,6 nm und bei 80% Transmission (FW80) bei 2,1 bis 2,7 nm. Das FW80 wird als Maß für die Breite des Top-Peaks (idealerweise eher ein Top-Plateau) herangezogen. Je breiter das Plateau, desto größer ist der Spielraum gegenüber einer Serienstreuung der Zentralwellenlänge (CWL) und dem Blueshift.
Bei genauerer Betrachtung sind bereits jetzt Unterschiede im Kurvenverlauf erkennbar: Altair setzt beim Dualbandfilter Ha-OIII (Kurve 10) auf eine reine Gaußschen Normalverteilung (Glockenkurve) mit verhältnismäßig spitzem Peak (schmalstes HW80 im Testfeld). Beim SII-OIII_Filter (Kurve 11) wurde versucht den Peak durch Überlagerung zu einem Plateau zu verbreitern, was beim Testkandidaten allerdings mehr schlecht als recht gelingt (erkennbar an der „hängenden Schulter“).
Die Filter von Antlia dagegen zeigen alle einen mehr oder weniger stark ausgeprägten „Kamelbuckel“, was den Peak vorteilhaft verbreitert.
3.2 Ha-Band
Die effektive Transmission bei 0°-Einfallswinkel liegt weiterhin hoch bei 93 bis 96 %.
Bei einem Antlia Filter ist die Zentralwellenlänge mit 1,1nm deutlich rotverschoben (Kurve 12). Durch diesen Pre-Shift wird der rechnerische Bluehift einer f/5-Optik komplett ausgeglichen. Der Filter hält eine hohe Transmission über 93 % bis f/4, ein Spitzenwert. Leider ein Zufallstreffer, den der zweite Antlia-Filter (Kurve 13) ist auf die Ha-Linie zentriert und zeigt keinen Pre-Shift. Bei diesem Filter beträgt die Transmission bei f/5 durch ein verhältnismäßig breites Top-Plateau noch 90% und bei f/4 nur noch 67%.
Der getestete Altair zeigt sich ebenfalls zentriert, jedoch wieder mit spitzen Peak, was ihn grundsätzlich anfälliger für eine Serienstreuung macht und empfindlicher auf schnellere Optiken reagieren lässt. So fällt die Transmission bei f/4 auf etwa 45%.
3.3 [SII]-Band
Erfreulich ist wieder die hohe effektive Transmission von 94 bis 97 %.
Antlia zeigt eine starke Serienstreuung der Zentralwellenlänge: Nur ein Filter von Antlia zeigt einen positiven Pre-Shift von 0,6 nm (Kurve 15), einer war exakt auf die SII-Emission zentriert (Kurve 16) und der dritte Filter wies sogar einen Back-Shift von -0,4nm auf. Das ist eine Serienstreuung zeitgleich gekaufter Filter von 1,0 nm, 1/3 der Sollhalbwertsbreite von 3 nm!
Auch der getestete Filter von Altair weist einen eklatanten Back-Shift von -0,7 nm auf. Es ist der gleiche Filter, der auch im [OIII]-Band mit einen Back-Shift von -0,7 nm auffiel. Dieser Filter ist ein echtes Montagsmodell und hoffentlich nicht die Regel! Nur die etwas größere Halbwertsbreite von 3,8 nm verhindert den kompletten Ausfall an f/4.
Bereits an einer f/5-Optik fällt bei zwei Filtern die Transmission auf unter 80%. An f/4 kommt bei drei Filtern weniger als die Hälfte der Photonen auf den Chip! Nur der Filter mit dem Pre-Shift hält eine Transmission von akzeptablen 75%.
Die gemessene Halbwertsbreite ist mit 3,2 bis 3,3 nm nahe am Sollwert und innerhalb der angegebenen Toleranz. Beim Altair liegt die Halbwertsbreite ebenfalls in der Toleranz. Angesichts der eklatanten Streuung der Zentralellenlänge ein schwacher Trost.
3.4 Zwischenfazit
Die effektive Transmission lag bei allen Filtern im Peak über 90%. Der Spitzenwert lag bei beeindruckenden 97,2 %. Das besagt allerdings nicht, dass dieser Wert auch bei der gewünschten Wellenlänge erreicht wird.
Bandbreite (FWHM): Keiner der „3nm“-Filter ist ein echter 3,0 nm Filter. Sie liegen real zwischen 3,2 nm und 3,7 nm. Ein Filter liegt damit außerhalb der von Antlia angegebenen Toleranz von -0,1 und +0,6nm. Die nominell 3,5nm-Fillter von Altair werden mit 3,5nm FWHM angegeben, liegen aber mit 3,4 und 3,8 nm in dieser Hinsicht praktisch auf einer Höhe mit den Antlia-Filtern. Diese „Großzügigkeit“ kostet zwar minimal Kontrast, liefert aber wertvollen zusätzlichen Puffer für den Blueshift an schnellen Optiken.
Zentralwellenlänge (CWL): Hier trennt sich die Spreu vom Weizen. Bei senkrechtem Lichteinfall 0° streuten die Zentren (CWL) massiv:
- Post-Shift: Ein Filter von Altair zeigt sich sowohl im SII- als auch im OIII-Band um -0,7 nm blauverschoben. Der Ha-OIII-Filter war dagegen unauffällig. Ein Antlia-Filter ist im SII-Band um -0,4 nm blauverschoben. Das ist besonders kontraproduktiv, da schräg einfallende Lichtstrahlen eine Blauverschiebung des Durchlassfensters bewirken. Um dem entgegen zu wirken, erhalten Filter idealerweise ab Werk einen leichten Pre-shift nach Rot. Ein Blue-shift ab Werk sorgt dafür, dass selbst bei moderaten Öffnungsverhältnissen (f/5) die Emissionslinie aus dem Fenster rutscht.
- Pre-Shift: Ein einziger Filter von Antlia glänzt mit +1,1 nm im Ha-Band und +0,6 nm im OIII-Band, was ihn auch an schnelleren Optiken einsetzbar macht. Die effektive Transmission ist selbst bei f/4 noch über 93%. Es ist also technisch möglich, schmalbandige Dualband-Filter mit hoher Transmission und großer Einsatzbreite herzustellen. Zwei weitere Antlia-Filter weisen in einem von beiden Bändern ebenfalls einen Pre-Shift auf, ein Filter +0,6 im SII-Band und ein anderer Filter +0,4 nm im OIII-Band auf.
- Der Rest: trifft die Zielwellenlänge auf +/- 0,2 nm genau.
Verantwortlich für die Streuung der CWL sind Fertigungstoleranzen der Schichtdicken und mangelnde Qualitätskontrollen. Insgesamt scheinen sowohl Antlia (-0,4 bis 1,1 nm) als auch Altair (-0,7 bis 0,1 nm) mit einer Serienstreuung zu kämpfen.
Eignung an f/5
Während im [OIII]-Band wegen des geringeren Blueshifts bei allen Filtern die Transmission über 80% liegt, nimmt diese in den anfälligeren langwelligeren Ha und SII-Band durchwachsen aus: der schlechteste Filter (Antlia) erreicht nur 73,4%, drei weitere liegen um 80% und die besten drei erreichten über 90%.
Eignung an f/4
Es ist festzustellen, dass an f/4 nur ein einziger Filter (Antila) auf beiden Bändern eine Transmission von über 90% aufweist. Im kritischen Ha-Band weist der Spitzenreitereinen Pre-Shift von +1,1 nm, durch den Blueshift an f/4 von -1,75 nm (neff=1,7) landet der Peak nur 0,65 nm neben der Ha-Emissionslinie. Durch ein breites Top-Plateau bleibt die Transmission bei 93,6 %.
Ein weiterer Antlia-Filter erreicht zwar im [OIII]-Band noch 80%, im [SII]-Band jedoch miserable 38%. Hier addiert sich ein Back-shift von -0,4 nm und ein Blueshift von -1,75 nm (neff=1,7) auf einen Fehler von 2,15 nm. In Kombination mit einer engen Bandbreite von 3,2 nm FWHM, d.h. nur 1,6 nm beidseitg vom Peak, wird die Transmission gnadenlos bei 38,2% abgeschnitten.
Um den Netto-Lichtverlust von 60% an f/4 auszugleichen, müsste ein Astrofotograf statt 1 Stunde stolze 2,45 Stunden belichten – nur um den Schichtdickenfehler auszugleichen.
Das zeigt deutlich eine weitere Problematik von Dualbandfiltern: sie sollten auf beiden Bändern eine gute Performance ausweisen.
Antlia empfiehlt die schmalbandigen Dualbandfilter auf Ihrer Webseite an „Optiken langsamer als f/4 für beste Performance, für Optiken schneller als f/4 seien per-shifted Highspeed-Filter die bessere Wahl.“ Auf der Herstellerseite von Altair fehlt dieser Hinweis [Seitenaufruf am 14.05.2026].
Fakt ist: Jedes Teleskop bündelt Lichtstrahlen und verursacht einen Blueshift an Interferenzfiltern. Für typische Brechungsindizes neff=1,7 beträgt dieser im besonders anfälligen roten Wellenlängenbereich bereits beim moderaten Öffnungsverhältnis f/5 1,1 nm, was bei einem Filter mit einem FWHM von 3 bzw. 3,5 nm nicht unberücksichtigt bleiben darf.
Kurvenform: Steigung und Top-Plateau
Wichtiger als die genaue Lage und Höhe des Peaks ist der Verlauf der Transmissionskurve insgesamt. Idealerweise sind die Flanken steil und zeigen oben ein breites Top-Plateau. Diesem Ideal wird keiner der hier getesten Filter gerecht. Alle Filter folgen mehr oder weniger einer Gaußschen Normalverteilung. Daher kommt der Bandbreite mit einer Transmission > 80% eine große Bedeutung für die „Gutmütigkeit“ eines Filters bei. Liegt eine möglichst hohe Bandbreite idealerweise leicht pre-shiftet vor, erhält man einen ausgezeichneten, vielseitig einsetzbaren Filter. Die gemessene Bandbreite liegt zwischen 1,9 nm und 2,7 nm. Die Mitte der Bandbreite lag bei fast allen Filtern +/- 0,3 nm auf der CWL.
Im Teil 2 folgen die Messungen bei gekippten Filtern
