코마수차 (Coma Aberration)
쉽게 풀면
렌즈 정중앙을 통과하는 빛은 깔끔하게 한 점에 모이지만, 렌즈 가장자리 쪽으로 비스듬히 들어오는 빛은 그렇지 못한 경우가 있습니다. 이때 상이 동그란 점이 아니라 마치 혜성처럼 꼬리를 끄는 듯한 비대칭적인 모양으로 번지는 현상을 코마수차라고 부릅니다. 사진에서 화면 가장자리의 별빛이 점이 아니라 부채꼴로 퍼져 보이는 것이 대표적인 예입니다. 이름 자체가 혜성을 뜻하는 코마에서 왔습니다.
왜 중요한가
코마수차는 화면 주변부의 상 품질을 크게 떨어뜨리기 때문에 광각 렌즈나 대구경 망원경을 설계하는 논문에서 반드시 보정 대상으로 다뤄집니다. 특히 밝은 별이나 점광원을 다루는 천체 관측 장비에서는 코마수차가 관측 정밀도에 직접적인 영향을 줍니다. 광축에서 벗어난 주변부 화각에서 상질을 저하시키는 대표적 수차로, 넓은 화각을 요구하는 광각렌즈나 망원경 설계에서 반드시 보정해야 하는 항목으로 다루어집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
렌즈 형상을 바꾸는 방식으로 코마수차를 줄인 설계 개선 사례를 보여주는 예문입니다.
점광원의 상이 얼마나 비대칭적으로 번지는지를 분석해 코마수차를 측정한 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
코마수차는 자이델 수차 중 하나로, 광축으로부터의 거리와 렌즈 조리개 위치에 따라 그 크기가 달라지는 것으로 알려져 있습니다. 여러 개의 렌즈를 조합하거나 비구면 렌즈, 조리개 위치 조정 등을 통해 코마수차를 줄이는 설계 기법이 널리 쓰입니다. 코마수차는 광축에서 벗어난 위치에서 입사하는 광선다발이 렌즈의 서로 다른 반경 영역을 통과할 때 서로 다른 배율로 결상되어, 점광원의 상이 혜성 꼬리 모양으로 번지는 비대칭적 상 흐림으로 나타납니다. 광축에서의 거리가 멀어질수록 코마수차의 크기가 커지는 경향을 보여, 화각이 넓은 광학계일수록 보정 난이도가 높아집니다. 코마수차는 광축에서 벗어난 광선속이 렌즈 가장자리와 중심을 통과하며 서로 다른 배율로 결상되어, 점 광원의 상이 혜성 꼬리 모양으로 번져 보이는 현상입니다.
주의할 점
코마수차는 구면수차와 달리 광축에서 벗어난 위치에서만 나타나고 방향에 따라 비대칭적으로 나타나므로, 화면 중심부만 보고 렌즈 품질을 판단하면 놓치기 쉽습니다.
코마수차는 조리개를 좁히면 줄어들지만 조리개 위치를 옮기거나 렌즈 굽힘을 조정해 보정하는 경우가 많으며, 아베의 정현조건을 만족시켜 구면수차와 코마수차를 함께 없앤 설계를 무수차(aplanatic) 광학계라고 부릅니다.