Filterklassen und Nomenklatur

Um Filter gezielt einzusetzen ist es hilfreich die Wirkungsweisen der verschiedenen Typen zu kennen. Folgende grundlegende Klassen sind für visuelle Beobachter von Interesse:

 

Bandpassfilter im Blauen und Grünen sowie deren extreme Form, der Linienfilter

Langpassfilter von Gelb über Orange bis Rot

Farbkonversions- und Farbkorrekturfilter 

Notchfilter

Polfilter

 

Bandpass und Linie

Bandpassfilter lassen einen Teil des Spektrums durch während andere Wellenlängen geblockt werden. Linienfilter sind eine extreme Form des Bandpassfilters mit sehr schmalen Bandbreiten.

Die Abbildung zeigt die Transmissionskurven der aktuellen Palette (in 2022) der visuellen Farbfilter von Baader. Sie zeigt schön den Unterschied zwischen den Blau- und Grünfiltern - typische Bandpassfilter - und  den Gelb-, Orange- und Rotfiltern, die typische Langpassfilter sind.

 

Auch die Blaufilter, Grünfilter und Rotfilter in fotografischen RGB-Paletten sind Bandpassfilter.

UHC (Ultra High Contrast) ist ein Marketingbegriff für blaugrüne Bandpassfilter welche die Emissionslinien galaktischer Nebel mit hohen Transmissionwerten durchlassen und den Rest des Spektrums weitestgehend blockieren.

 

Die meisten UHC Filter haben für fotografische Zwecke einen zweiten Durchlass für H-Alpha und SII, wie dieses Beispiel zeigt.

 

 

 

Im Englischen wird bei UHC Filter eine grobe Unterscheidung gemacht zwischen Narrow Bandpass und Broad Bandpass, verkürzt Narrowband und Broadband genannt. Dieses Beispiel wird unter "Broadband" geführt.

 

Zusätzliche Buchstaben stehen für Entry-level (UHC-E, Astronomik), Small (UHC-S, Baader) und Light (UHC-L, Teleskop-Service). Sie implizieren - recht irreführend - dass sie nur für Anfänger oder für kleine Öffnunen geeignet seien. In der Praxis kann ein solcher breiter UHC Filter einem engeren Filter vorzuziehen sein, gerade für erfahrene Beobachter.

UHC-artige Filter mit sehr breitem Durchlass werden auch CLS (City Light Suppression) oder LPS (Light Pollution Suppression) genannt.

 

Da bei solchen Filtern der blockierter Teil des Spektrums kaum größer ist als der durchgelassener Teil, könnten sie auch als Notchfilter aufgefasst werden (siehe hierzu den Abschnitt "Notch" weiter unten).

Hier ist die Transmissionkurve eines Vertreters der Linienfilter gezeigt: der OIII Filter von Astronomik. Das enge Transmissionfenster dieses Exemplars ist dafür ausgelegt, nur die OIII Linien (orange Balken bei 496nm und 501nm) mit möglichst hoher Transmission durchzulassen.

 

Weitere Linienfilter haben Transmissionsfenster bei H-Beta (486nm), H-Alpha (656nm) oder SII (672nm).

 

Es gibt auch grüne Linienfilter für die Sonnenbeobachtung/fotografie im Weisslicht mit einem engen Fenster und hoher Transmission um 540nm.

Langpass

Langpassfilter und Kurzpassfilter bilden die Klasse der Kantenfilter. Langpassfilter transmittieren alle Wellenlängen, die größer als die Grenzwellenlänge sind, während Kurzpassfilter alle Wellenlängen transmittieren, die kleiner als die Grenzwellenlänge sind. Kurzpassfilter sind technischen Anwendungen vorbehalten und nicht für unsere Zwecke relevant.

Die klassischen Gelbfilter aus der Fotografie sind Langpassfilter. Bis in die 1990er boten die meisten Hersteller sie in mehreren Abstufungen. Heute ist Heliopan der einziger Hersteller, der noch eine Auswahl verschiedener Gelbfilter anbietet. Die Abbildung links zeigt die Transmissionskurven der vier aktuellen Gelbfilter-Typen von Heliopan.

 

Die Zahlen 5 bis 12 entsprechen dem Wratten-Standard (siehe hierzu den "Exkurs zur Wratten-Nummerierung" weiter unten). Andere Hersteller benennen ihre Langpassfilter nach der Lage der Kante der Transmissionskurve. So nennt Baader seinen visuellen Gelbfilter "495nm".

Auch UV Filter sind Langpassfilter.

Farbkonversion

Farbkonversionsfilter der Reihen KR und KB (Konversion Rot, Konversion Blau) erzeugen eine Farbverschiebung ins Rötliche bzw. Bläuliche durch Unterdrückung der jeweiligen Gegenfarbe. Die Filter der Reihe KR werden wegen ihrer warmzeichnenden Wirkung auch "Warmtonfilter" genannt. Auch die Bezeichnung Lichtart-Ausgleichsfilter ist zu finden, im Englischen Light Balancing (LB) Filter.

 

Werte von 1 bis 20 geben die ansteigende Wirkung an. Z.B. ist der KR 1,5 Filter ein leicht warmzeichnender "Skylight Filter", der KR 15 ist stark warmzeichnend orange. Einige Typen wurden - unter Ihre jeweilige Wratten-Nummer - im Astrobedarf aufgenommen und sind weiterhin dort erhältlich. 

 

B+W Schneider-Kreuznach hat die Herstellung seiner KB und KR Filter eingestellt, sie sind jedoch auf dem Gebrauchtmarkt in Fülle zu finden. Auch Heliopan in Gräfelfing/München stellte KB und KR Filter mit gleichlautenden Bezeichnungen her und vielleicht identischen Gläsern, da beide Firmen Ihre Gläser von Schott in Mainz bezogen.

 

Die linke Grafik zeigt die Transmissionskurven der Reihe KR des Herstellers B+W. Die zwei anderen Grafiken zeigen die entsprechenden Filter, die vom japanischen Hersteller Hoya angeboten wurden. Sie wurden, wie bei japanischen und US-Amerikanischen Herstellern üblich, mit ihren Kodak/Wratten-Nummern bezeichnet (zu deren Bedeutung siehe den "Exkurs zur Wratten-Nummerierung" weiter unten).

 

Hier ist zu sehen, dass die Wratten-Filter 81A bis 81C in etwa der Reihe KR 1,5 bis 6 entsprechen. Die Wratten-Filter 85 bis 85C ähneln KR 6 bis 15, jedoch mit deutlichen Unterschieden im Roten. Weiterhin ist an den Kurven für Wratten 81A und 81B zu erkennen, dass die Art wie verschiedene Hersteller die Wratten-Spezifikation umsetzen erheblich variieren kann. Dies ist auch innerhalb der Filterreihen verschiedener japanischer Hersteller der Fall.

 

 

Die linke Grafik zeigt die Transmissionskurven der Reihe KB von B+W. B+W schrieb in seinem Filter Handbook in 2002, dass seine KB 1,5 und KB 3 Filter den Wratten-Filtern 82A und 82C entsprechen würden, und KB 6 bis 15 den Wratten-Filtern 80D bis 80A. Ein Vergleich mit den entsprechenden Filtern von Hoya (Grafiken in der Mitte und rechts) zeigt jedoch grosse Unterschiede.

 

Die Filter der KB und KR Reihen wurden im Fotobedarf in Schraubfassungen von 18mm bis 122mm Größe angeboten. Darunter gab es die Fassungsgrößen 28,5mm, was genau den 1,25-Zoll Filtern im Astrobedarf entspricht, und 48mm, was genau dem 2-Zoll Filtergewinde entspricht. KB und KR Filter von B+W und Heliopan sind weiterhin in grosser Zahl auf dem Gebrauchtmarkt erhältlich.

 

Die Größen 28,5mm (1,25 Zoll) und 48mm (2 Zoll) sind selten. Kleinere Größen können jedoch leicht mit Step-Up Ringen an 48mm und somit an 2 Zoll adaptiert werden. Die Größen bis 122m sind für Frontfilterung an Spektiven und Ferngläsern interessant. Die Größe 77mm ist häufig und preiswert  zu finden und filtert ein 70mm-Gerät frontseitig ohne Öffnungsverlust.

 

Die Typen Wratten 80A und 82A sind im Astrobedarf in 1,25-Zoll (28,5mm ) und 2-Zoll (48mm) Schraubfassung erhältlich. 

Exkurs zur Wratten-Nummerierung

So sah ein vollständiger Meade 4000 Wratten-Farbfiltersatz (made in Japan) in den 1990er aus.

 

Wratten 8, 12, 21, 23A und 25A sind gelbe bzw. rote Langpassfilter.

Wratten 82A und 80A sind blaue Farbkonversionsfilter.

Wratten 38A, 47, 11, 56 und 57 sind blaue bzw. grüne Bandpassfilter.

Wratten 47 hat ein zweites Transmissionsfenster im Infraroten, was visuell jedoch nicht von Belang ist.

 

Zusätzlich zu diesen Typen sind weiterhin im Astrobedarf erhältlich: 15 - Dunkelgelb; 29 - Dunkelrot. Beide sind Langpassfilter.

 

Woher kommt diese chaotisch erscheinende Nummerierung? Um dies zu verstehen, muss geschichtlich zurück geblickt werden: Schon um 1906 herum wurden die ersten Wratten-Filter entwickelt. Es waren damals Gelatinefilter, eine Erfindung des Engländers Frederick Charles Luther Wratten. Er stellte sie in seiner Firma Wratten & Wainwright her, zunächst Gelbfilter, bald in zahlreichen weiteren Farben. Im Jahre 1912 kaufte Eastman Kodak die Firma Wratten & Wainwright auf. So entstand die Bezeichnung „Kodak/Wratten“, meistens einfach „Wratten“ genannt.

 

Wratten-Zahlen geben die Farbgruppe eines Filters an. Sie sind jedoch nicht immer erkennbar logisch zugewiesen. Die 80-Gruppe ist blau, doch die numerisch nachfolgende 81-Gruppe ist orange-rötlich, die 82-Gruppe wieder blau. Die Buchstaben sind ähnlich unlogisch. Meistens weisen sie auf an- oder auch absteigende Filterwirkung hin, z.B. werden die Filter von 80A nach 80D heller, 82A nach 82C dunkler blau.

 

Diese inkonsistente Nomenklatur ist im Laufe der langen Firmengeschichte von Kodak/Wratten entstanden. Sie wird bei den im Astrohandel erhältlichen Filtern aufrechterhalten, bis hin zur Nutzung des englischsprachigen Zeichens „#“, was nichts Anderes als „Nummer“ bedeutet. So wird Sternfreunden z.B. folgender typischer Filtersatz angeboten, bei dem nur die folgenden Wratten-Nr. auf den Filterfassungen stehen: #12, #23A, #80A, #56.

 

Mit Fotoamateuren wollten deutsche Hersteller fotografischen Zubehörs nicht so herumspringen. Folglich führten sie - zumindest für die Farbkonversionsfilter - Kürzel ein, die eindeutig etwas über den Charakter der Filter sagen. So sind die Filter KB 1,5, KB 3, KB 6, KB 12 und KB 15 Konversionsfilter mit einer Farbverschiebung zu Blau, mit numerisch aufsteigender Filterdichte. 

Farbkorrektur

Farbkorrekturfilter wirken selektiv um eine bestimmte Farbrichtung zu verstärken. Da sie in sechs Farbrichtungen und jeweils einem halben Dutzend Stärken pro Farbrichtung verfügbar sind, erlauben sie eine sehr gezielte und fein abgestufte Korrektur des Farbgleichgewichtes. Im Englischen werden sie Colour Correction (CC) Filters genannt, oder auch Colour Compensation Filters. Die Bezeichnung "CC" wurde von deutschen Herstellern übernommen. 

Diese Kurven zeigen die CC G (Green) Farbkorrekturreihe des Herstellers B+W. Quelle: B+W Filterkatalog 2002

Hier sind die entsprechenden Kurven der CC M (Magenta) Farbkorrekurfilter von B+W. Die Magenta-Reihe verstärkt die Differenzierung von Blau und Rot. Könnte dies für die Mars- und Jupiterbeobachtung nützlich sein?

 

Die anderen vier CC-Reihen sind:

B (Blue; blau)

C (Cyan; in der Farbwirkung blau-grün)

Y (Yellow; gelb)

R (Red; rot)

 

Notch

Notchfilter blockieren einen kleinen Bereich des Spektrums und lassen alle anderen Wellenlängen durch. Das Englische "Notch" heisst so viel wie "Kerbe". Multi-Notch Filter haben zwei oder mehrere "Kerben" in ihrer Transmissionskurve.

Die linke Abbildung zeigt die Transmissionskurve des B+W 491 "Redhancer" Filters, eines frühen Vertreters der Multi-Notchfilter aus den 1990er. B+W bewarb ihn nicht als Filter gegen nächtliche Lichtverschmutzung, sondern als Mittel um die Intensität rötlicher Motivelemente und Farbstimmungen in der Tages-Landschaftsfotografie zu verstärken.

 

Allerdings hat die tiefe Kerbe bei 590nm den angenehmen Effekt, dass sie das Licht von Natriumdampflampen sperrt, gleichzeitig lässt der Filter bei den roten und grünen Polarlichtlinien (630nm, 558nm) ca. 90% durch, und er war in Schraubfassungen bis 95mm erhältlich. Aus diesen Gründen wurden er und werden  die modernen Didymglasfilter (siehe unten) von Polarlicht- und Nightscape-Fotografen geschätzt.

 

Der Baader "Neodymium Mond- und Skyglowfilter" (Mitte), von US-Amerikanischen Amateurastronomen liebevoll einfach "Neodym" genannt, erfüllt noch komplexere Funktionen, als es sein Name erwarten liesse. Die Baader "Semi-Apo" und "Contrast Booster" Filter sind Abwandlungen des Neodymium Filters.

 

IDAS hat seit dem Jahr 2000 eine grosse Vielfalt von Notchfiltern herausgebracht. Rechts ist die Transmissionskurve des IDAS LPS (Light Pollution Suppression) D3 zu sehen, sowie die Emissionslinien der Lichtverschmutzung deren Unterdrückung er dient. Neben den Serien LPS D1 bis D3, P1 bis P3 und V1 bis V4 gibt es von IDAS Notchfilter mit den Bezeichnungen EAO (Electronically Assisted Observing) und NGS (Night Glow Suppression).

Aktuelle Notchfilter für Foto-Objektive heissen z.B. Hoya "Starscape" (Abbildung links), Explore Scientific "Dark-Sky" und Rollei "Astroklar". Sie sind in grossen Schraubfassungen erhältlich: Starscape in 49 bis 82mm, Dark-Sky nur in 77mm, Astroklar in 39 bis 105mm. Da sie alle auf Didymglas basieren sind ihnen die tiefe Kerbe bei 570-590nm und Transmissionskurven ähnlich dem Baader Neodymium Filter gemein. Der Baader Neodymium ist konsequenter auf digitale Astrofotografie zugeschnitten mit seinen scharfen UV- und IR-Sperrkanten bei 400nm und 700nm.

 

Die Kurve des Hoya Starscape ist jenem des Hoya RA54 "Red Enhancer" (Abbildung Mitte) identisch. Hoya hat erkannt, dass sein Red Enhancer, der zur Verstärkung der Farbsättigung von Rot, Orange und Brauntönen in der Tages-Landschaftsfotografie gedacht war, auch für die nächtliche Anwendung taugt und vermarktet ihn seit 2020 unter dem neuen Namen "Starscape". Er ist auch unter der Bezeichnung "Red Intensifier" oder einfach "Intensifier" zu finden.

 

Die Abbildung rechts zeigt die Kurven des Hoya "Blue Enhancer" und des "Green Enhancer" (auch "Green Field" genannt). Deren Kurven ähneln strukturell dem Starscape, sind jedoch um 10-30% in der Transmission reduziert und farblich zu Blau bzw. Grün hin gewichtet

Polfilter

Polfilter, auch Polarisationsfilter genannt, gehören zu den wenigen Filtern, deren Effekte nicht digital simuliert werden können. Daher sind sie weiterhin auf dem Markt in Schraubfasssungen in allen Größen erhältlich. Ihr Zweck in der Fotografie besteht darin, Spiegelungen zu reduzieren (insb. von Glas, Lack, Wasseroberflächen) und Kontraste in Landschaftsaufnahmen zu verstärken. Sie betonen auch den Himmelsblau, wobei dieser Effekt am Stärksten in einem Winkel von 90° zur Sonne ist.

 

Es können keine Transmissionskurven gezeigt werden da die Wirkung des Polfilters mit der Farbe der spiegelnden Fläche bzw. der Tönung des polarisierten Lichts variiert.

 

 

In der Amateurastronomie sind Polfilter vor allem als gestackte Filterpaare bekannt, wobei einer der Filter drehbar gelagert ist. Dies ergibt einen variablen Filter zur Reduzierung der Bildhelligkeit. Die maximale Reduzierung ist erreicht, wenn die Polarisationsebenen der beiden Filter senkrecht zueinander stehen.

 

Auch ein einzelner Polfilter kann sehr gewinnbringend sein. Er reduziert die Luftunruhe (Seeing) und schärft die Abbildung ohne die Farbbalance zu verändern. Dies ist überall nützlich wo genug Objekthelligkeit vorhanden ist – also an Mond, Planeten und hellere Doppelsterne. Besonders prädestiniert für den Einzel-Polfilter ist die Venus, da sie eine sehr hohe Flächenhelligkeit hat und sich nicht allzu weit von der Sonne entfernen kann, folglich erheblich unter Seeing leidet.

 

Da Polfilter in Schraubfilterfasssungen bis zu 112mm Größe erhältlich sind, können sie auch gut als Frontfilter an Spektive, Grossferngläser und Teleskope bis 4 Zoll Öffnung genutzt werden. Die Frontfilterung hat den Vorteil im Vergleich zur okularseitigen Filterung, dass keine Fokusverschiebung bei Filterwechsel eintritt.

 

Die Verschiebung der Fokuslage hängt von der Glasdicke des Filters ab, welche von Hersteller zu Hersteller verschieden ist. Je dicker das Glas, desto weiter wird der Fokus nach aussen verschoben. Die Verschiebung tritt jedoch nur ein, wenn der Filter zwischen Objektiv und Okular sitzt. Sitzt er vor dem Objektiv verändert sich die Fokuslage nicht. Es ist sehr von Vorteil, ungefiltert fokussieren zu können und dann schnell die Filter frontseitig durchzuwechseln ohne nachfokussieren zu müssen.

Zu guter Letzt ...

... eine Zusammenschau von astronomischen Objekt-Emissionslinien, menschgemachten Licht-Verschmutzungslinien und Transmissionskurven, die den Herz jedes Filterliebhabers höher schlagen lässt.

 

Hier sind Bandpass-, Langpass- und Notchfilter versammelt. Es fehlen nur die Farbkonversions- und Farbkorrekturfilter.

 

 

 

 

Abbildungsquelle: James Thompson, 2016