Koma

Koma ist eine optische Aberration, die eine punktförmige Lichtquelle in ein diffuses, asymmetrisches Bild verwandelt, das an einen Kometen oder Wassertropfen erinnert, daher der Name. Anders als die sphärische Aberration, die das gesamte Bildfeld gleichmäßig beeinflusst, variiert die Koma mit dem Winkel zur optischen Achse und wird zu den Feldrändern hin stärker. Sie tritt in Systemen mit großer Öffnung besonders deutlich auf und wird umso problematischer, je weiter man sich von der Bildmitte entfernt.

Der Fehler entsteht durch die Geometrie gekrümmter Linsenoberflächen. Lichtstrahlen, die die Linse in unterschiedlichen Höhen von der optischen Achse durchqueren, treffen sich in leicht unterschiedlichen Punkten. Dabei bilden die außeraxialen Strahlen einen kleinen Kegel, anstatt sich in einem einzigen Punkt zu vereinigen. Dies erzeugt die charakteristische birnenförmige Unschärfe, wobei die Spitze von der optischen Achse wegzeigt. Koma ist besonders hartnäckig in lichtstark Optiken, wo große Öffnungen und kurze Brennweiten den Effekt verstärken.

Warum Koma in der Praxis wichtig ist

Bei Anwendungen wie Mikroskopie, astronomischer Abbildung und Weitwinkelaufnahmen verschlechtert unkorrrigierte Koma die Bildqualität drastisch über den gesamten Rahmen. Ein optisches System mit 50 Mikrometern kann an den Feldrändern Koma von mehreren Wellenlängen aufweisen. Kameralinsensysteme nutzen mehrere Linsenelementen mit sorgfältig gewählten Krümmungen und Abständen, um Koma über das beabsichtigte Bildfeld auszugleichen. Ein komafreies Verhalten über ein 70 Grad breites Feld zu erreichen erfordert bewusste Konstruktion, nicht Zufall. Deshalb zeigen einfache einelementige Linsen an den Rändern starke Koma, während mehrelementige Konstruktionen das nicht tun.

Koma interagiert mit anderen Aberrationen. Eine Linse, die für Koma bei einer Wellenlänge korrigiert ist, kann bei einer anderen noch Koma aufweisen, besonders bei breitbandiger Abbildung. In Visuellfernrohren wird Koma sichtbar, wenn das Auge des Beobachters nicht perfekt zentriert ist. Beobachter nehmen sie als subtile, aber unmissverständliche Unschärfe wahr, die sich dreht, wenn sie das Okular drehen. Off-Achsen-Koma bei schlechtnem Fernrohrdesign kann selbst helle Objekte am Feldrand unbrauchbar machen.

Der Begriff stammt aus dem Griechischen kome, was Haar bedeutet, weil das Bild einem Kometen mit Schweif ähnelt. Optische Konstrukteure unterscheiden primäre Koma, die mit Öffnung und Feldwinkel skaliert, von sekundärer Koma, einem höherwertigen Effekt, der in bereits für primäre Koma korrigierten Systemen auftritt. Der Test auf Koma erfolgt traditionell durch Beobachtung von Sternen knapp außerhalb der Feldmitte durch ein fokussiertes Okular. Moderne optische Werkstätten nutzen Interferometrie, um Koma quantitativ in Lichtwellenlängen über die gesamte Bildebene zu messen.