linse (optikk)

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

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 gir virtuelle forminskede bilder.

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 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 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.

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.

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.

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 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.