linse - optikk

Linse. Posisjonen for hovedplan (H og H’) og knutepunkter (k og k’) i forskjellige typer av tykke linser.

Linse av /Store norske leksikon ※. Gjengitt med tillatelse

Linse. Billeddannelse i en tykk bikonveks linse. Linsens optiske akse er OO. Brytningsindeks for mediet og for linsen er henholdsvis n1 og n2. Linsen har krumningsradier r1 og r2, brennpunkter F1 og F2, hovedplan H og H’, knutepunkter k og k’. For konstruksjon av strålegangen fra objektpunktet Q til billedpunktet Q’ disponeres tre hjelpestråler: Parallellstrålen fra Q brytes i annet hovedplan mot brennpunktet F2. Sentralstrålen fra Q brytes i knutepunktene slik at den forlater linsen parallelt med inngangsretningen. Strålen gjennom første brennpunkt brytes i første hovedplan og fortsetter parallelt med aksen. Objektavstanden er a, og billedavstanden er b. Forstørrelsen er P’Q’/PQ.

Linse av /Store norske leksikon ※. Gjengitt med tillatelse

Linse Tverrsnitt gjennom en fresnellinse i en fyrlykt. Lyskilden er midt i glasset. Se teksten for forklaring.

Linse av /Store norske leksikon ※. Gjengitt med tillatelse

En linse er et gjennomsiktig, klart legeme som anvendes for optisk avbildning i kikkert, mikroskop, lupe, prosjektører, briller og så videre.

Faktaboks

Etymologi
av latin, samme ord som belgfrukten linse

Linser er vanligvis begrenset av to krumme eller av én krum og én plan flate. De krumme flatene kan være sfæriske, asfæriske (vanlig i briller) eller sylindriske. Den rette linjen gjennom linseflatenes midtpunkter kalles linsens optiske akse. Når linsen er tykkest langs aksen, kalles den konveks, er den tynnest langs aksen, kalles den konkav.

Linser fremstilles vanligvis av forskjellige typer glass eller plast med egnede brytningsegenskaper. For spesielle formål brukes linser av kvartsglass, som er mer varmebestandig og mer gjennomskinnelig for ultrafiolett lys. Også andre materialer kan være aktuelle.

Linsesystemer

For å eliminere visse typer avbildningsfeil anvendes kombinasjoner av linser av forskjellig materiale og med forskjellig form, men med felles optisk akse. En slik kombinasjon kalles et linsesystem. Man bruker kombinasjoner av to eller flere linser som kan være sammenkittet. Linsenes krumninger, tykkelse og brytningsegenskaper velges slik at man får eliminert mest mulig av de feilene som oppstår i enkle linser (aberrasjon, astigmatisme, akromatisk linsesystem).

Historikk

I oldtiden ble glassperler brukt som forstørrelsesglass og brennglass. I Kina var forskjellige typer sfæriske linser kjent omkring år 1000. I Europa studerte Roger Bacon linser og brukte dem som brennglass på 1200-tallet. Briller kom i bruk fra omkring år 1300.

Strålegang og billeddannelse

Lys som går gjennom en linse, brytes i linsens overflater, både på vei inn og på vei ut. En innfallende strålebunt omformes dermed til et strålefelt som er begrenset av en innhyllingsflate, en såkalt brennflaten. Brennflatens form er bestemt av formen på den innfallende strålebunten, av formen på linsen og av forholdet mellom linsens og det omgivende mediums brytningsindekser.

Når det innfallende lyset er parallelt med linsens optiske akse, har brennflaten en innsnevring som har sitt midtpunkt på linsens akse. Dette punktet kalles linsens brennpunkt. Avstanden fra linsen til brennpunktet kalles linsens brennvidde. Fordi lyset kan gå begge veier gjennom linsen, har den to brennpunkter.

Hvis det fysiske lyset går gjennom brennflatens innsnevring, kalles brennflaten reell (positiv). Hvis brennflaten må konstrueres ved å forlenge de brutte strålene bakover, kalles den virtuell (negativ). Regelen om de reelle og virtuelle brennflater gjelder også for sammensatte linsesystemer og for ikke-parallelt innfallende lys. I avbildningsteorien taler man derfor om reelle og virtuelle bilder, se bilde (optikk).

Linsestyrken

Linsestyrken er den inverse verdien av brennvidden (1/f), målt i meter. Enheten for linsestyrke er dioptri.

Samlelinser og spredelinser

Konvekse linser blir ofte betegnet som samlelinser, konkave linser som spredelinser. Sammenligningen er nærliggende, blant annet fordi konvekse linser brukt som brennglass samler sollyset i brennpunktet, mens konkave linser sprer sollyset.

Men dette er avhengig av at linsen er omgitt av luft, som har mindre brytningsindeks enn glass. Annerledes blir det hvis linsen har mindre brytningsindeks enn det omgivende medium. For eksempel vil en konveks linse i form av en vannfylt, kulerund glasskolbe (eller sylindrisk flaske), omgitt av luft, virke som en samlelinse. Den kan for eksempel anvendes som brennglass. Men den samme kolben, eller flasken, fylt av luft og omgitt av vann, virker som en spredelinse som frembringer virtuelle forminskede bilder.

Tynne og tykke linser

Hvis linsens tykkelse er vesentlig mindre enn linsens åpningsdiameter, kalles den en tynn linse; ellers kalles den en tykk linse. Grensetilfellet for tykke linser er en linse som er begrenset av to halvkuler, i konveks eller konkav kombinasjon. Grensetilfellet for tynne linser er en tynn, planparallell plate, for eksempel en vindusrute. Den danner også overgang mellom konveks og konkav linse.

Kulelinser

Kulelinser har ikke et entydig brennpunkt. For en konveks kulelinse av vann har sentrale stråler en brennvidde lik kulens radius, mens de perifere strålene har negativ brennvidde. Gjennom en slik linse kan man derfor se reelle og virtuelle dobbeltbilder av samme objekt (se bilde). I naturen ligger slike dobbeltbilder til grunn for regnbuen.

Fresnellinse

Fresnellinse er en spesielt utformet samlelinse, oppfunnet av Augustin Jean Fresnel for bruk i fyrtårn. Linsen samler lys fra fyrlampen i en lysskive som brer seg ut parallelt med havflaten.

En slik lysskive kan oppnås ved å plassere fyrlampen i sentrum av en samlelinse som er formet som et rør med tønneformet utvendig overflate. Men en slik linse ville være meget tykk og tung. Ved å utforme linsen som et system av konsentriske ringlinser, som hver for seg er et utsnitt av den nevnte hovedlinsen, kunne Fresnel redusere linsens tykkelse vesentlig (se figur).

Plane Fresnel-linser anvendes for delbelysning av sceneoppsetninger, i overheadprojektorer for å dirigere lyset fra transparenten mot avbildningssystemet og i fotografiske fokuseringssystemer.

Konstruksjon av strålegangen

Strålegangen gjennom en linse kan beregnes og beskrives gjennom matematiske formler. Formlene er imidlertid bare tilnærmet riktige, og avvikene tiltar med økende åpningsforhold, det vil si forholdet mellom linsens diameter og brennvidde.

Tynne linser

For å oppnå en enkel konstruksjon av strålegangen i tynne linser, beregner man brennvidden ved hjelp av «linsemakerformelen»:

\[\frac{1}{f} = \left(\frac{n_2}{n_1} - 1\right)\left(\frac{1}{r_1} + \frac{1}{r_2}\right)\]

hvor f er brennvidden. n1 og n2 er henholdsvis brytningsindeks for det omgivende medium (vanligvis luft) og for linsematerialet. r1 og r2 er krumningsradiene for de to linseflatene. Radiene regnes positive for utad konvekse, negative for utad konkave flater. En bikonveks og en bikonkav linse får da henholdsvis positiv og negativ brennvidde (i luft).

For avbildning av et punkt gjelder da linseformelen:

\[\frac{1}{a} + \frac{1}{b} = \frac{1}{f}\]

hvor a er avstanden fra objektpunktet til linsens midtpunkt, b er avstanden fra linsen til billedpunktet.

Forstørrelsen er gitt ved formelen:

\[m = \frac{b}{a}\]

Strålegangen fra objektpunkt til billedpunkt konstrueres ved hjelp av to hjelpestråler, en stråle parallell med aksen og en stråle gjennom brennpunktet.

Tykke linser

For å oppnå en enkel konstruksjon av strålegangen gjennom en tykk linse, må man kjenne linsens to hovedplan og brennpunkter. Disse kan beregnes på grunnlag av linsens tykkelse, linseflatenes krumninger og brytningsindeks i forhold til det omgivende medium. Hovedplanene står vinkelrett på aksen, og deres skjæringspunkter med aksen kalles linsens knutepunkter. Brennviddene regnes som avstandene fra knutepunktene til det respektivt nærmeste brennpunkt.

Hvis linsen er omgitt av et homogent medium, er brennviddene like, og knutepunktene ligger symmetrisk omkring midtpunktet mellom brennpunktene. Linseformelen gjelder da fortsatt, og strålegangen mellom objektpunkt og billedpunkt kan konstrueres ved hjelp av to hjelpestråler på tilsvarende måte som for tynne linser.

Elektriske og magnetiske linser

Elektriske og magnetiske linser er felter som er utformet på bestemte måter i den hensikt å samle eller spre stråler av elektrisk ladede partikler. De anvendes blant annet for å fokusere elektronstrålen i katodestrålerør, fjernsynsrør, elektronmikroskop med mer. Se elektrostatisk linse og magnetisk linse.

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg