komatisch

Koma ist eine geometrische Verzeichnung, die in optischen Systemen auftritt, wenn Lichtstrahlen in einem Winkel zur optischen Achse in die Linse eindringen. Im Gegensatz zur sphärischen Aberration, die alle Strahlen gleichermaßen beeinflusst, erzeugt Koma bei außeraxialen Punkten eine kometenähnliche Verschmierung, daher der Name. Der Effekt verschärft sich dramatisch, je weiter man sich von der Bildmitte entfernt, was besonders bei Weitwinkelopiken, astronomischen Instrumenten und Abbildungssystemen problematisch ist, bei denen die Randschärfe zählt.

Die physikalische Ursache liegt in den unterschiedlichen Brennweiten, die Lichtstrahlen beim Durchgang durch verschiedene Zonen der Linse erfahren. Ein Strahl, der nahe dem Linsenrand eintritt, fokussiert an einem etwas anderen Punkt als einer, der durch die Mitte geht, und dieser Unterschied nimmt mit dem Einfallswinkel zu. Bei einer komatischen Linse erzeugt eine außeraxiale Punktquelle keinen scharfen Punkt, sondern eine charakteristische Tropfen- oder Kommaform, die radial nach außen vom optischen Mittelpunkt zeigt. Diese Ausrichtung ist aussagekräftig: Koma zeigt immer von der Achse weg, nie nach innen.

Erkennung und Korrektur

Optiker beurteilen komatische Verzeichnung mit Sterntests, Messerschneidetests oder Hartmann-Sensoren an fertiggestellten Opiken. Ein Einlinsensystem mit moderater Öffnung und kleinem Öffnungsverhältnis zeigt starke Koma. Die Korrektur erfordert typischerweise die Einführung negativer Koma durch zusätzliche Linsenelemente: ein richtig ausgestaltetes Dublett oder Triplett kann sie über ein brauchbares Feld fast vollständig eliminieren. Bei astronomischen Teleskopen kann ein Koma-Korrektor (eine kleine Zubehörlins) die Randschärfe verbessern, allerdings auf Kosten von Preis und effektivem Bildfeld.

Komatische Aberration skaliert mit der dritten Potenz des Linsendurchmessers und dem Quadrat des Bildwinkels, das heißt, das Problem verschärft sich schnell bei schnellen Opiken (niedriges Öffnungsverhältnis) oder breiten Feldern. Ein langsames Spiegelteleskop (f/10 oder länger) kann vernachlässigbare Koma zeigen, auch ohne Korrektur, während ein schneller Refraktor (f/5) fast sicher eine sorgfältige Konstruktion zur Kontrolle erfordert. Moderne Bildsensoren mit dicht gepackten Pixeln bis zu den Rändern haben die komatische Leistung zu einem kritischen Konstruktionsparameter in Kameraobjektiven gemacht.