La macchina fotografica: la coma

Fotografate un cielo stellato con un obiettivo luminoso aperto a tutta apertura e controllate gli angoli dell’immagine: le stelle al centro sono puntini netti, quelle ai bordi sembrano piccole comete con la coda rivolta verso l’esterno. Quel difetto si chiama coma, abbreviazione di aberrazione comatica, e riguarda la fotografia notturna, il paesaggio con luci puntiformi, il ritratto con riflessi sullo sfondo e qualunque scena in cui una sorgente piccola e brillante finisce lontano dal centro del fotogramma. Questa pagina spiega come nasce, da che cosa dipende la sua intensità, come l’hanno affrontata i progettisti dall’Ottocento a oggi e che cosa può fare chi scatta per limitarla.

Che cos’è la coma

Nell’ottica fotografica la coma è un’aberrazione monocromatica che si manifesta con i punti luminosi lontani dall’asse ottico. Un obiettivo ideale restituirebbe ogni punto della scena come un punto sul piano focale. Nel caso della coma il punto si allarga in una figura asimmetrica, più stretta da un lato e più larga dall’altro, che ricorda una cometa o una goccia. Il nome viene proprio da lì: in inglese e in italiano si usa la stessa parola latina che indica la chioma delle comete.

La definizione tecnica più sintetica descrive la coma come una variazione dell’ingrandimento sulla pupilla d’ingresso. I raggi che attraversano la zona centrale dell’obiettivo formano l’immagine con un ingrandimento, quelli che passano vicino al bordo la formano con un ingrandimento leggermente diverso. Il risultato è che le piccole immagini prodotte dalle varie zone della lente non si sovrappongono: si dispongono una accanto all’altra lungo una direzione radiale, e la somma ha la forma di un cono.

Al centro del campo, lungo l’asse, la coma non c’è. Cresce man mano che ci si allontana e raggiunge il massimo negli angoli. Per questo motivo molti fotografi la notano soltanto quando guardano gli angoli di un’immagine ingrandita al cento per cento e il centro, nitidissimo, non li ha avvertiti di nulla.

Come nasce nell’obiettivo

La coma si genera quando le diverse zone di una lente, o di un gruppo di lenti, non producono lo stesso ingrandimento per i raggi che arrivano inclinati rispetto all’asse. Su una superficie sferica i raggi che colpiscono il bordo vengono deviati in misura diversa da quelli che colpiscono il centro, e la differenza non è la stessa nelle due direzioni del fascio obliquo. Per un punto sull’asse questa differenza si traduce nell’aberrazione sferica, che è simmetrica. Per un punto fuori asse la simmetria si perde, e l’effetto prende la forma di una coda.

Un modo utile per visualizzarla consiste nel dividere l’apertura dell’obiettivo in anelli concentrici. Ogni anello forma sul sensore un piccolo cerchio, la cui dimensione cresce rapidamente man mano che l’anello si allontana dal centro della pupilla, e il cui centro si sposta lungo la direzione radiale. Sovrapponendo tutti i cerchi si ottiene una figura a V, con la punta acuta rivolta da una parte e il lato aperto dall’altra. Gli ottici la chiamano macchia comatica, e in un obiettivo reale si somma alla diffrazione e alle altre aberrazioni.

La coma è collegata a una condizione storica dell’ottica, la condizione dei seni formulata da Ernst Abbe nel 1881 nel contesto degli obiettivi per microscopio: il seno dell’angolo del raggio dal lato dell’oggetto deve essere proporzionale al seno dell’angolo dal lato dell’immagine. Una lente sottile non soddisfa la condizione per angoli grandi, e la discrepanza corrisponde alla coma. Un sistema corretto per l’aberrazione sferica e per la coma si dice aplanatico.

Forma della macchia: tangenziale e sagittale

La parte più estesa della macchia comatica si chiama coma tangenziale, la parte più contenuta coma sagittale. Secondo la trattazione di Telescope Optics, la coma sagittale misura circa un terzo di quella tangenziale. La stessa fonte osserva che circa l’ottanta per cento dei raggi cade nella parte sagittale, ed è quella parte che l’occhio e il sensore percepiscono come una deformazione del punto: la coda lunga e debole si perde spesso nel fondo cielo, mentre il nucleo brillante resta visibile.

La coda può puntare verso l’esterno oppure verso il centro del fotogramma. Nel primo caso si parla di coma positiva, nel secondo di coma negativa. Che cosa si osservi in pratica dipende dal progetto dell’obiettivo, dalla posizione del diaframma e dalla messa a fuoco. Nelle fotografie di stelle la direzione della coda, uguale in tutti gli angoli e orientata lungo il raggio che parte dal centro, è il tratto che distingue la coma dagli altri difetti.

La forma cambia anche nel campo. Nelle zone intermedie la macchia può sembrare una piccola goccia o un ovale sfocato, ai bordi estremi si allunga e la coda diventa evidente. Con il diaframma molto aperto i bordi della macchia sono morbidi, con il diaframma più chiuso la figura si riduce e tende a un punto.

Da che cosa dipende l’entità del difetto

La coma è proporzionale all’angolo di campo: raddoppiando la distanza dal centro del fotogramma, a parità di tutto il resto, raddoppia la lunghezza della coda. Per questo i grandangolari, che coprono campi molto ampi, la mostrano più degli obiettivi stretti, e per questo l’effetto è massimo negli angoli di un sensore full frame.

Dipende poi dall’apertura. La dimensione di ciascun cerchio della macchia cresce con il quadrato dell’altezza della zona di pupilla che lo produce: i raggi periferici, che attraversano il bordo della lente, pesano molto più di quelli centrali. Per questo gli obiettivi molto luminosi, a f/1.4, f/1.2 o più aperti, sono più esposti, e per questo chiudere il diaframma riduce il difetto in modo sensibile. Una formula spesso citata nei testi divulgativi attribuisce alla coma una dipendenza dal cubo della distanza fuori asse. Le fonti consultate la descrivono invece come lineare nell’angolo di campo e crescente con il diametro della pupilla, e questa è la formulazione corretta.

Contano anche fattori costruttivi: la curvatura delle superfici, gli indici di rifrazione dei vetri, la posizione del diaframma e la presenza di superfici asferiche. Nei sistemi corretti per l’aberrazione sferica la posizione del diaframma non influisce sulla coma. Nei sistemi che conservano un residuo di aberrazione sferica, spostare il diaframma cambia la coma, e i progettisti lo sfruttano come uno dei gradi di libertà del progetto.

C’è poi la messa a fuoco. Un obiettivo corretto bene all’infinito può mostrare più coma a distanze ravvicinate, perché le curvature restano le stesse mentre cambiano gli angoli dei raggi. Per questo i progetti moderni usano gruppi di lenti che si muovono in modo indipendente durante la messa a fuoco, per mantenere la correzione su tutta la scala delle distanze.

Coma, astigmatismo e altre aberrazioni

La teoria di Seidel individua cinque aberrazioni monocromatiche di terzo ordine: aberrazione sferica, coma, astigmatismo, curvatura di campo e distorsione. La coma è la seconda della serie e le sue compagne la imitano in parte, il che spiega perché sia spesso confusa con altri difetti.

La differenza con l’aberrazione ottica più simile, l’astigmatismo, è la direzione della sfocatura. L’astigmatismo separa il fuoco dei raggi radiali da quello dei raggi tangenziali: un punto diventa una piccola linea orientata lungo il raggio oppure lungo la circonferenza, a seconda del piano di messa a fuoco, e non ha una coda unilaterale. La coma, al contrario, produce una figura asimmetrica con un solo verso. L’aberrazione sferica è invece simmetrica e presente anche al centro del campo, la curvatura di campo fa sì che il piano di nitidezza sia curvo, la distorsione sposta i punti senza sfocarli.

Esiste una trappola ulteriore. Un obiettivo decentrato, con un elemento ottico fuori asse, può produrre una coma che compare soltanto in un lato del fotogramma. Photography Life lo segnala come una ragione per provare più esemplari e per verificare il centraggio prima di accusare il progetto ottico. Lo stesso articolo osserva che molte forme allungate attribuite alla coma sono in realtà astigmatismo o una combinazione di più aberrazioni, e che i moderni obiettivi con elementi correttivi mostrano coma vera con minore frequenza rispetto al passato.

Le aberrazioni interagiscono. Chi progetta un obiettivo corregge una e peggiora un’altra, e il risultato finale è un compromesso. Un grandangolare per reflex privilegia l’astigmatismo, la curvatura di campo e la distorsione; un obiettivo per microscopio privilegia la correzione assiale e la condizione dei seni, quindi la coma. Per questo non esiste un obiettivo perfetto, e per questo due progetti con la stessa focale e la stessa apertura possono comportarsi in modo molto diverso agli angoli.

Evoluzione storica del trattamento della coma

Il problema emerse con chiarezza nell’Ottocento, quando la fotografia chiese obiettivi più luminosi dei primi doppietti. Nel 1840 a Vienna il matematico Joseph Petzval progettò un obiettivo per ritratto con apertura massima f/3.6, costruito da Voigtländer, con la consulenza tecnica di Peter Wilhelm Friedrich von Voigtländer. Il doppietto anteriore introduceva coma, che il secondo doppietto compensava, ma lo schema soffriva di un campo nitido limitato a circa trenta gradi e di un forte calo di nitidezza verso i bordi. Quel difetto era accettabile nel ritratto in studio, dove il soggetto occupa il centro, e meno nel paesaggio o nel gruppo.

La teoria arrivò in parallelo. Ludwig von Seidel pubblicò il suo lavoro sulla diottrica nell’Astronomische Nachrichten intorno al 1856, e fissò le espressioni dei coefficienti delle cinque aberrazioni di terzo ordine. Grazie ai contributi di Seidel, di Abbe e di altri studiosi fu possibile modellizzare le aberrazioni su base matematica e individuare le condizioni per minimizzarle. Più tardi l’Aplanat di Steinheil corresse il difetto del Petzval ai bordi: il nome richiama l’aggettivo aplanatico, cioè corretto per aberrazione sferica e coma.

Nel Novecento arrivò una nuova famiglia di progetti. Lo schema retrofocus nacque per i grandangolari delle reflex, dove lo specchio richiede molto spazio dietro la lente posteriore. Il principio del telefoto invertito era già stato brevettato da Horace Lee nel 1930. Pierre Angénieux lo introdusse per le macchine fotografiche nel 1950 con il marchio Retrofocus, che poi è diventato il nome generico di questa famiglia. Zeiss presentò il Distagon 5,6/60 mm per la Hasselblad 1000F nel 1952, e nel 1955 Harry Zöllner e Rudolf Solisch di Zeiss Jena depositarono il brevetto del Flektogon. Questi schemi risolvono il problema della distanza posteriore, ma nei grandangoli luminosi lasciano residui di aberrazioni fuori asse, coma compresa.

Un altro passaggio decisivo fu l’arrivo degli elementi asferici nelle lenti fotografiche. Il primo elemento asferico prodotto in serie per un obiettivo fotografico risale al 1956: lo realizzò Elgeet per il Golden Navitar 12 mm f/1.2, pensato per le cineprese a sedici millimetri. In seguito gli asferici sono diventati comuni nei grandangoli e negli obiettivi normali luminosi, con elementi stampati in vetro o in plastica che rendono la produzione economica anche per apparecchi di fascia bassa.

Con l’arrivo delle reflex digitali e poi delle mirrorless a pieno formato, il controllo della coma è diventato più critico. I sensori ad alta risoluzione mostrano ai bordi ogni residuo di aberrazione che la pellicola, con la sua grana, tendeva a mascherare, e il fotografo che ingrandisce al cento per cento lo vede subito. I progetti contemporanei si affidano a programmi di simulazione con il tracciamento dei raggi, che consentono di valutare molte combinazioni di curvature, spessori e vetri prima di costruire un prototipo.

Come i progettisti la correggono

La strada maestra resta la progettazione ottica. Il primo strumento è la scelta della curvatura delle superfici: in una singola lente o in un gruppo, dosando i raggi di curvatura si può ridurre la coma e talvolta annullarla. Le lenti che minimizzano insieme aberrazione sferica e coma a una lunghezza d’onda si chiamano lenti di miglior forma o aplanatiche. Non basta per un obiettivo fotografico, che deve lavorare su campi ampi, aperture elevate e tutto lo spettro visibile, ma è il punto di partenza.

Il secondo strumento è la posizione del diaframma. In un obiettivo corretto per l’aberrazione sferica non cambia nulla, in uno che conserva un residuo di sferica lo spostamento del diaframma modifica la coma. I progettisti collocano il diaframma in modo da far passare i fasci obliqui attraverso zone delle lenti in cui le deviazioni si compensano tra loro, e la simmetria del progetto rispetto al diaframma aiuta a cancellare la coma: per questo gli schemi simmetrici classici hanno poca coma e i retrofocus, che sono asimmetrici, ne hanno di più.

Il terzo strumento sono le lenti asferiche. Una superficie non sferica permette di controllare il percorso dei raggi marginali con molta più precisione di una sferica, e quindi di ridurre l’aberrazione sferica e di intervenire su quelle fuori asse. Nikon descrive come, nel caso dell’Ai AF Nikkor 28mm f/1.4D, abbia cercato di tenere le curvature delle superfici concave il più basse possibile, abbinando un elemento convesso molto curvo a un elemento asferico di alto grado per correggere la coma sagittale; la tecnica di rettifica sviluppata allo scopo fu applicata anche all’AF 20-35mm f/2.8.

Il quarto strumento è la correzione flottante, cioè gruppi di lenti che si spostano durante la messa a fuoco con corse diverse. Mantengono la correzione di astigmatismo, aberrazione sferica e coma anche a distanza ravvicinata, dove un obiettivo a messa a fuoco unitaria peggiora. Il prezzo è una meccanica più complessa, un peso maggiore e un costo più alto, e per questo gli obiettivi economici rinunciano spesso a queste soluzioni.

Coma in astrofotografia e fotografia notturna

La coma è visibile soprattutto nella fotografia notturna. Una stella è una sorgente puntiforme su fondo scuro, quindi il caso più severo che si possa immaginare: ogni deformazione è evidente, perché non c’è un dettaglio che la nasconda. Ai margini del fotogramma le stelle assumono forma allungata, a volte con ali simmetriche ai due lati, mentre il centro del cielo resta pulito. Anche i lampioni di una città ripresi di notte e le luci di un paesaggio urbano mostrano lo stesso difetto.

Nikon usa un’espressione propria, sagittal coma flare, abbreviata in SCF. La descrive come un’immagine di punti luminosi periferici simile a un uccello con le ali spiegate, evidente nelle scene notturne e in astrofotografia a tutta apertura. Secondo la casa giapponese diventa più marcata con obiettivi di diametro maggiore e di angolo più ampio, e si ritiene che nasca sulle superfici concave molto curve, più difficili da dominare nei grandangoli con molte lenti concave nel gruppo anteriore. Nella pagina citata Nikon suggerisce, per i soggetti diversi dagli sciami meteorici, di chiudere di uno o due stop; nell’esempio della pioggia di Leonidi a f/1.4 il chiarore si nota soltanto in modo lieve intorno alle stelle più luminose.

Per i fotografi del cielo notturno la scelta dell’obiettivo è quindi un compromesso. Un diaframma molto aperto riduce il tempo di posa e quindi lo strisciamento delle stelle causato dalla rotazione terrestre, ma accentua coma e vignettatura. Chiudere di uno o due stop migliora gli angoli e costringe ad allungare la posa o ad alzare gli ISO. Quale sia il punto di equilibrio dipende dall’obiettivo, dal sensore e dal soggetto, e va trovato con una prova sul campo.

Altri tipi di fotografia sono penalizzati in misura minore. La fotografia architettonica a lunga esposizione, dove si cerca nitidezza fino ai bordi, può risentirne se nella scena ci sono luci puntiformi; il ritratto notturno con sfondo di luci cittadine mostra la coma sotto forma di bokeh deformato negli angoli. Per i soggetti diurni, con tonalità continue, la coma si confonde con la perdita generale di nitidezza ai bordi e passa quasi inosservata.

La coma nei telescopi

La coma è un problema classico anche in astronomia, dove ha dato il nome al difetto: le stelle fuori asse appaiono con una coda simile a quella delle comete. Nei telescopi con specchio parabolico è una proprietà intrinseca. Una parabola è priva di aberrazione sferica per i raggi paralleli al suo asse, che convergono tutti nello stesso punto, ma la proprietà vale soltanto per quei raggi: quelli inclinati non convergono nello stesso punto, e la differenza cresce con l’angolo.

Gli astronomi e gli astrofili hanno quindi sviluppato rimedi specifici. Gli schemi Schmidt, Maksutov, ACF e Ritchey-Chrétien riducono la coma senza introdurre aberrazione sferica. Per i riflettori newtoniani esistono correttori di coma a due lenti, una pianoconvessa e una pianoconcava, montati in un adattatore simile a una lente di Barlow. Per chi fotografa il cielo con un teleobiettivo o con un telescopio, è utile sapere che il campo corretto cambia da progetto a progetto e che un correttore va scelto in funzione dello specifico strumento.

Conviene ricordare un dato curioso: un sistema con diaframma in posizione diversa dalla superficie dello specchio cambia la coma, e una parabola, al contrario, non risente della posizione del diaframma. Sono dettagli che interessano soprattutto chi progetta, ma spiegano perché due telescopi con la stessa apertura e la stessa focale mostrino stelle di forma diversa negli angoli.

Come riconoscerla e verificarla

Per vedere la coma nel proprio obiettivo il metodo più semplice è fotografare un campo di stelle o una fila di sorgenti puntiformi, come piccole luci distanti, in una notte senza nuvole. Si scatta alla massima apertura e poi a diaframmi progressivamente più chiusi, con la messa a fuoco manuale all’infinito, e si confrontano gli angoli ingranditi al cento per cento. La forma di cometa con la coda rivolta lungo il raggio conferma la coma, mentre una linea corta, orientata lungo la circonferenza, indica più probabilmente astigmatismo.

Chi non ha un cielo buio può costruire un bersaglio artificiale: un foglio nero con piccoli fori illuminati da dietro, posto a distanza sufficiente perché l’obiettivo lo metta a fuoco all’infinito o quasi. Il risultato non è identico a quello delle stelle, perché la distanza cambia la correzione, ma permette di confrontare più esemplari dello stesso modello.

Occorre controllare che il difetto sia simmetrico. Se un solo angolo mostra una coda molto più lunga degli altri, la causa è probabilmente un decentramento, come ricorda Photography Life, e non il progetto ottico: in quel caso conviene provare un altro esemplare o far verificare l’obiettivo. Serve anche attenzione alla messa a fuoco: una leggera sfocatura trasforma ogni punto in un disco, e il disco, ai bordi, può somigliare a una coda.

Rimedi nello scatto e in post-produzione

Il rimedio pratico è chiudere il diaframma. Poiché la coma dipende dai raggi periferici, già uno o due stop ne riducono molto la lunghezza. Photography Life porta l’esempio di un obiettivo con coma marcata a f/1.4, che migliora a f/2 o a f/2.8, e osserva che il prezzo è un tempo di posa più lungo, svantaggioso per il cielo notturno.

Il software di post-produzione offre meno di quanto si creda. I profili di correzione automatica dei programmi più diffusi lavorano di norma su distorsione, vignettatura e aberrazione cromatica, che si possono misurare e descrivere con una formula valida per tutta l’immagine. La coma dipende dalla posizione nel campo, dall’apertura e dalla distanza di messa a fuoco in modo più complicato, e secondo Photography Life non si corregge con la post-produzione. Strumenti di nitidezza mirata possono addolcire l’effetto, ma ricostruire una forma deformata a partire da un’immagine registrata comporta sempre una perdita di qualità o la comparsa di artefatti.

Nel caso degli astrofotografi si aggiunge un’altra opzione: fotografare con un campo ristretto e comporre un mosaico. Se si scatta con una focale più lunga la porzione di cielo ripresa è minore e gli angoli, dove la coma è maggiore, cadono su zone che si scartano o che si sovrappongono al centro delle riprese vicine. Richiede più tempo e più elaborazione, ma sfrutta la parte migliore dell’obiettivo.

Come scegliere un obiettivo

Chi fotografa il cielo notturno o paesaggi con luci puntiformi dovrebbe leggere le prove strumentali e le recensioni dedicate prima di comprare, perché la scheda tecnica di un obiettivo non riporta alcun valore di coma. Le prove con fotografie di stelle agli angoli, scattate alla massima apertura e a un paio di stop in meno, sono più utili di un grafico di risoluzione al centro.

Conviene diffidare dei grandangolari molto luminosi a basso prezzo, che per costare poco rinunciano a elementi asferici e a gruppi flottanti. Un obiettivo con apertura più modesta ma ben corretta ai bordi può dare risultati migliori di uno più luminoso che a tutta apertura mostra comete in tutti gli angoli. La luminosità serve soltanto se si può sfruttare davvero.

Le focali medie e lunghe e gli schemi simmetrici sono meno soggetti al difetto. Un obiettivo normale da cinquanta millimetri di progetto semplice ha il campo ristretto e quindi una coma limitata in valore assoluto, anche se a f/1.4 gli angoli di un sensore full frame restano morbidi. Per chi cerca precisione agli angoli con un obiettivo luminoso, la soluzione tecnica più costosa, con asferici e correzione flottante, è anche quella con più probabilità di riuscire.

Errori comuni

Il primo errore è attribuire alla coma ogni deformazione degli angoli. Come detto, l’astigmatismo, la curvatura di campo, il decentramento e la semplice sfocatura producono figure simili, e prima di scegliere un rimedio occorre capire quale difetto si ha davanti.

Il secondo errore è pensare che un obiettivo costoso sia privo di coma. Anche i progetti più sofisticati ne conservano un residuo, che i progettisti riducono entro limiti accettabili per l’uso previsto. L’astrofotografia a tutta apertura è un uso molto più severo di quelli che i costruttori hanno in mente per la maggior parte dei loro clienti.

Il terzo errore è credere che il software risolva il problema. Un profilo automatico corregge ciò che si può descrivere in modo uniforme, e la coma non rientra in questa categoria. Il quarto è giudicare un obiettivo dal solo centro dell’immagine: una prova seria guarda gli angoli, a più aperture e a più distanze, perché è lì che si decide la qualità di un grandangolare luminoso.

L’ultimo errore è invertire il rapporto tra apertura e qualità. Chiudere il diaframma di due stop è un’impostazione di lavoro normale per chi cerca il meglio da un obiettivo, e nessuno dovrebbe viverla come una rinuncia. I fotografi di paesaggio lo sanno da sempre, e lo stesso criterio vale per la fotografia notturna.

Aggiornato Ottobre 2026