Caleidoscoop

De caleidoscoop maakt magie met licht en spiegels. Het kan worden beschouwd als kinderspeelgoed (of speelgoed voor alle leeftijden), maar het is ook een eenvoudig optisch apparaat met technische toepassingen voor ontwerpers en patroonmakers. Griekse woorden zijn de bron van de naam; het komt van kalos, eidos, en skopios wat respectievelijk mooi, vorm en uitzicht betekent.

Achtergrond

Het lichaam van de caleidoscoop bestaat uit twee hoofdonderdelen, de kijkbuis (met een oculair aan het ene uiteinde) en de objectdoos of behuizing aan het andere uiteinde van de buis. De objectdoos is een dunne, platte doos gemaakt van twee glazen schijven en een band die de randen omcirkelt en de schijven en de ingesloten objecten vasthoudt. Die objecten zijn fragmenten van gekleurd glas, kralen, klatergoud of ander reflecterend materiaal.

De buitenste schijf van de objectbox is geslepen zodat deze het invallende licht diffuus maakt; dat wil zeggen, het werkt als een scherm. De kijkbuis heeft aan één uiteinde een glazen oculair; het kan gewoon glas zijn of een optische lens met vergrotende eigenschappen. In de buis zijn drie stroken spiegels samengevoegd tot een driehoek; de hoeken van de spiegels beïnvloeden ook het zicht door de caleidoscoop. Meestal staan ​​ze onder een hoek van 45° of 60°. Wanneer de objectbox wordt gedraaid of getikt, bewegen en tuimelen het glas of de objecten binnenin vrij. Terwijl de kijker door het oculair naar een lichtbron kijkt, produceren de spiegels een symmetrische orde uit de tuimelende objecten en vermenigvuldigen ze zes, acht of meer keer, afhankelijk van de hoeken van de spiegels.

Een variant van de caleidoscoop - de teleidoscoop - vervangt de objectdoos door een andere lens waarmee de kijker naar een object op afstand kan kijken en het in veelvouden kan bekijken. Weer andere variaties gebruiken meer spiegels. Twee spiegels hebben het voordeel dat ze een gecentreerd patroon produceren; meerdere spiegels splitsen en dupliceren de afbeelding vele malen. De caleidoscoop is oneindig vermakelijk omdat de patronen en combinaties eindeloos zijn en niet permanent zijn tenzij ze worden gefotografeerd.

Geschiedenis

Hoewel de oude Grieken, waaronder de wiskundige Ptolemaeus, de effecten van het tegen elkaar aanliggen van meerdere spiegels hadden overwogen, is de caleidoscoop de schepping van één man. David Brewster (1781-1868) werd geboren in Schotland en volgde een opleiding tot predikant aan de Universiteit van Edinburgh. Universitaire studies stelden hem echter bloot aan de wonderen van de wetenschap en hij verliet de kerk om de eigenschappen van licht te bestuderen. Hij werd een expert in polarisatie van licht (de lineaire en vlakke eigenschappen van licht), reflectie van licht met behulp van metaal en lichtabsorptie. Voor zijn wetenschappelijke ontdekkingen werd Brewster in 1815 verkozen tot fellow van de Royal Society (de leidende wetenschappelijke organisatie van Groot-Brittannië) en in 1831 tot ridder geslagen.

Brewster vond en patenteerde de caleidoscoop in 1816. Hij beschreef de structuur en werking ervan in een wetenschappelijk artikel van 174 pagina's getiteld Treatise on the Caleidoscope. In zijn verhandeling berekende Brewster dat 24 stukjes glas in de objectdoos van een caleidoscoop meer dan 1,4 x 1033 vluchtige beelden konden creëren. Hij beschreef ook de meest effectieve combinaties van kleuren voor caleidoscopen op basis van lichteigenschappen. In de jaren 1840 gebruikte hij twee lenzen om een ​​driedimensionaal effect te produceren bij het creëren van de stereoscoop. Hij was ook een vooraanstaand pleitbezorger van de platte Fresnel-lens die door de Britten werd gebruikt voor vuurtorens en werd gecrediteerd voor het redden van duizenden levens door schepen te beschermen tegen scheepswrakken. Brewster doceerde aan de Universiteit van Edinburgh en de Universiteit van St. Andrews in Schotland, was een van de eerste redacteuren van de Encyclopedia Britannica, en publiceerde vele boeken en wetenschappelijke artikelen.

Na zijn uitvinding in 1816 groeide de caleidoscoop in populariteit in West-Europa, en de eerste die in de Verenigde Staten verscheen werd gemeld in 1870. Het werd een favoriet speelgoed voor kinderen, maar ook een amusement voor volwassenen in gezelschapsspellen zoals het bekijken van stereoscopische foto's en charades spelen. De beroemdste caleidoscopen, behalve de originelen van Brewster, werden gemaakt door Charles G. Bush uit Boston. De caleidoscoop van Bush was gemaakt van een kijkbuis van gestreept zwart karton, een messing wiel om de objectdoos te draaien, en een houten standaard. Het waren de objecten die de versie van Bush uniek maakten (en tegenwoordig een waardevol verzamelobject). Hij gebruikte 35 objecten in verschillende kleuren en vormen, maar sommige waren gevuld met vloeistof met luchtbellen. De luchtbellen bewogen door de vloeistof, zelfs als de waarnemer de objectbehuizing stilhield. Bush verwierf de patenten voor de met vloeistof gevulde objecten (ampullen), voor zijn methode om objecten op te tellen en af ​​te trekken zonder de doos volledig uit elkaar te halen, en voor stands en andere caleidoscoopaccessoires.

Als hulpmiddel voor ontwerpers produceert de caleidoscoop reeksen kleuren en patronen die worden gebruikt om vloerkleden, glas-in-lood, sieraden, architecturale patronen, behang, geweven wandtapijten en ideeën voor schilders te maken. De caleidoscoop raakte aan het begin van de twintigste eeuw uit de belangstelling van het publiek, maar herleefde eind jaren zeventig toen nieuwe stijlen en het verzamelbare karakter van antieke caleidoscopen de nieuwsgierigheid van nieuwe generaties aanwakkerden. Bush' caleidoscoop met de met vloeistof gevulde voorwerpen die in 1873 voor $ 2,00 werden verkocht; verzamelaars in het begin van de eenentwintigste eeuw betalen graag meer dan $ 1.000.

Grondstoffen

De soorten materialen die kunnen worden gebruikt om caleidoscopen te maken, zijn bijna net zo eindeloos als de beelden die de spiegels produceren. De kijkbuis kan gemaakt zijn van papier, karton, plastic, acryl, hout, plexiglas, messing, koper, sterling zilver en andere metalen en materialen. De eindkap met het ooggat is gemaakt van materiaal dat compatibel is met de kijkbuis. Het ooggat of kijkgaatje en de twee vlakken van de objectbehuizing zijn meestal gemaakt van plastic of glas. De voorwerpen in de doos kunnen fragmenten zijn van gesteente of mineralen, edelstenen, kralen, glazen of plastic ampullen (gevuld of ongevuld), schelpen, stukjes glas, stukjes metaal, kleine snuisterijen of een combinatie hiervan. De objecten kunnen worden gekozen op basis van gelijkenis of variatie in kleur. In de buis zijn spiegels essentieel voor het vormen van de afbeeldingen. Tape houdt ze bij elkaar, en een soort vulling of vulling zoals krantenpapier, katoen, of piepschuim zorgt ervoor dat de spiegels niet tegen de binnenkant van de buis rammelen. Tape kan ook worden gebruikt om de eindkappen en objectdoos op hun plaats te houden. Andere connectoren of bevestigingsmaterialen, hulpstukken en trims kunnen worden gemaakt om te passen bij het uiterlijk van de caleidoscoop.

Ontwerp

De ontwerper van de caleidoscoop kiest het formaat, de materialen voor de behuizing, de oriëntatie van de spiegels, het type objectkoffer of roterend wiel en objecten om de weergaven vorm te geven. Al deze keuzes zijn zowel van invloed op de prijs van de caleidoscoop (zowel om te produceren als te kopen) als op het soort afbeeldingen dat de ontwerper probeert te maken. Er zijn miniatuur caleidoscopen gemaakt die aan een sleutelhanger kunnen worden bevestigd die zo groot zijn als een persoon. Koffers kunnen worden gemaakt van eenvoudige materialen zoals papier, plastic en hout; vele soorten metalen worden gekozen van messing tot sterling zilver en vergulde modellen. Als het uiteinde van de caleidoscoop een roterend wiel is, kan dat wiel gemaakt zijn van edelstenen, glas-in-lood, dunne plakjes agaat en andere mineralen en gesteenten, en meer. Objectdozen kunnen worden gevuld met kristallen, glas met ingebedde draden (laticcino-glas), kerstballen, edelstenen, schelpen, glassplinters of met vloeistof gevulde capsules (ampullen). Caleidoscopen kunnen ook andere lichtbronnen of lichtfilters gebruiken dan natuurlijk licht. Elektronische scopes, oil suspension scopes, polarized light scopes en projector scopes zijn voorbeelden.

Ontwerpers kunnen een individuele stijl hebben, een materiaal waarmee ze het liefst werken, een bepaald type afbeelding of uitzicht dat ze willen creëren, of doelstellingen die te maken hebben met het tevreden stellen van hun klanten. Sommige zijn gemaakt als ideale geschenken en andere zijn unieke creaties voor verzamelaars. Nogmaals, veel problemen en ideeën kunnen de caleidoscoopontwerper motiveren. De internationaal bekende ontwerpster Carolyn Bennett maakt caleidoscopen van acryl. Haar kijkbuizen zijn vaak vierkant of rechthoekig en zien er van buiten uit als interessante sculpturen en produceren ook prachtige beelden van binnen. Om de kosten laag te houden, gebruikt ze voorraadformaten van kunststoffen en andere materialen, maar het ontwerp weerspiegelt altijd de omgeving of het karakter van de verzamelaar of ontwerper boven het fabricagegemak. Ongeveer de helft van haar ontwerpen is gemaakt om te passen bij de kleuren en budgetten van klanten, waaronder musea en bedrijven; haar ontwerpen voor winkels passen bij het oog van haar kunstenaar met enige aandacht voor technische aspecten en maakbaarheid.

Caleidoscopen hebben een vocabulaire gegenereerd waarin hun lichtaanpassingsvermogen, materialen en constructie worden beschreven. Dichromatisch glas maakt verschillende kleuren afhankelijk van de hoek waarin het licht valt. Flitsglas is een spiegel gemaakt van twee kleuren, de ene over de andere. De olie-ophangingsscope bevat olie in de objectbehuizing samen met stukjes glas of andere materialen die in de olie drijven. Gezakt glas wordt verwarmd totdat het buigt; in de objectbox van sommige ontwerpen worden stukjes weggezakt glas bewaard. Heet glas is glasafval dat wordt verwarmd tot het smelt en vervolgens wordt geverfd. De teleidoscoop (combinatie van een telescoop en caleidoscoop) vervangt de objectbehuizing door een andere lens, zodat de boom of vogel die door de teleidoscoop wordt bekeken, in veelvouden wordt weerspiegeld. Deze termen en vele andere kenmerken de variëteit die beschikbaar is in caleidoscopen.

Het fabricageproces

De caleidoscoop die in dit gedeelte wordt beschreven, is een eenvoudige versie en veel van de materialen zijn niet in detail gespecificeerd. Zoals de secties hierboven suggereren, is de keuze die beschikbaar is voor beginnende caleidoscoopontwerpers bijna onbeperkt; en hoewel sommige caleidoscopen (vooral speelgoed) massaal worden geproduceerd, is het 'vervaardigen' van een caleidoscoop creatief en artistiek.

• 1 De binnendiameter van de buis bepaalt de grootte van de spiegels die worden geplaatst. De buis wordt geselecteerd of gemaakt en de binnenste cirkel wordt op een stuk papier getekend. Een kompas wordt gebruikt om de cirkel in tweeën te delen en onder te verdelen in zes gelijke delen om een ​​systeem van drie spiegels te meten en te plannen die een gelijkzijdige driehoek vormen (een driehoek met zijden van gelijke lengte en interne hoeken die allemaal 60° zijn). Door elke andere stip uit de zes onderverdelingen van de cirkel te verbinden, kan de omtrek van de drie spiegels worden getekend en wordt de breedte van de spiegels gemeten. Ongeveer 0,13-0,25 inch (0,32-0,64 cm) wordt afgetrokken van de breedte van elke spiegel om rekening te houden met de dikte van de spiegel. Drie stukken worden gebruikt om een ​​duidelijk beeld te creëren, hoewel de maker vele andere configuraties kan kiezen. De lengtes van de spiegel zijn gelijk aan de lengte van de buis minus de ruimte aan het uiteinde van de buis voor de objectkamer. In de orde van grootte van 0,5 l in (1,27-2,54 cm) moet worden toegestaan ​​voor een eenvoudige, in de hand gehouden caleidoscoop.
• 2 De caleidoscoopmaker kan zijn of haar spiegels zelf snijden of laten snijden in een glaswinkel. Meestal wordt gekozen voor een eerste-oppervlak spiegel met de verzilvering op het oppervlak. Vervolgens worden de spiegels aan elkaar geplakt om in de kijkbuis te passen. Dit wordt gedaan door de spiegels in elkaar te passen met de ene hand de buis na te bootsen en met de andere vrij te plakken. De spiegels zijn zo uitgelijnd dat de rand van de ene spiegel op het oppervlak of de voorkant van de aangrenzende ligt, die op zijn beurt zijn rand op de voorkant van de derde heeft. Als de spiegels van rand tot rand zijn verbonden in plaats van van rand tot aangezicht, zal het beeld scheef staan. Met de drie spiegels bij elkaar gehouden, wordt tape in een spiraal om de buitenkant gewikkeld.
• 3 De eindkap met het ooggat wordt gemaakt door een cirkel zo groot als de buitendiameter van de kijkbuis uit te snijden uit een materiaal dat overeenkomt met of compatibel is met het materiaal dat de buis vormt. Een concentrische, kleinere cirkel wordt uit de einddop gesneden en een stuk plastic wordt met tape of lijm vastgemaakt om het over de opening aan de binnenkant van de dop te houden. Dit gat kan onbedekt blijven, maar een doorzichtige afdekking is een goede veiligheidsmaatregel om te voorkomen dat voorwerpen uit de doos of de binnenkant van de buis in het oog van de kijker vallen. Voor het kijkgaatje kan acryl, mylar, acetaat of een optische lens worden gebruikt. De eindkap kan dan voorzichtig op het uiteinde van de buis worden gelijmd of geplakt; in meer uitgebreide ontwerpen worden deze formeel verwerkt tot fittingen die op de buis kunnen worden geschroefd of speciaal worden gemonteerd.
• 4 Nu het kijkeinde gesloten is, schuift de maker de geassembleerde set spiegels in de buis. Als de driehoek van spiegels rammelt Verschillende hoeken van de spiegels creëren verschillende weergaven door de caleidoscoop. in de buis wordt het eruit gehaald en papier, stof of ander beschermend materiaal wordt om de buitenkant van de spiegels gewikkeld totdat ze stevig passen. Plastic piepschuim "popcorn" of stukjes papier kunnen langs de spiegels naar beneden worden geduwd om ze vast te zetten, maar ze zullen waarschijnlijk niet in het midden zitten, wat opnieuw het beeld zal scheeftrekken. De spiegels worden naar binnen geduwd om tegen de eindkap aan te komen en aan het andere uiteinde van de buis ruimte te laten voor de objectbox.
• 5 De tekening van de binnendiameter van de eerder gemaakte buis kan nu worden gebruikt om plastic stukjes te maken voor de twee uiteinden van de objectdoos. Een cirkel van doorzichtig plastic wordt uitgesneden en in de buis gestoken om tegen de uiteinden van de spiegels te passen; het moet zo passen dat het loodrecht op de buiswanden staat. De afstand tussen dit stuk plastic en het open uiteinde van de buis is de dikte van de kamer. Na het meten van deze dikte snijdt de maker een stuk karton dat even breed is als de kamerdikte en even lang als de binnenomtrek van de buis. De maker maakt het karton zacht door het tussen de vingers te bewerken, zodat het rond de binnenkant van de koker kan worden gewikkeld. Het moet worden getest om soepel te passen, vervolgens worden verwijderd, gelijmd en in de buis worden bevestigd. Dit kartonnen stuk houdt het binnenste plastic uiteinde van de objectdoos op zijn plaats en maakt ook eventuele openingen in dat plastic stuk glad zodat ze niet kunnen worden gezien. De buitenste plastic cirkel wordt vervolgens gesneden. Dit kan ook van doorzichtig plastic zijn of het kan worden geschuurd om het oppervlak doorschijnend te maken. Als het helder of transparant wordt gelaten, wordt een deel van de buitenwereld zichtbaar door de objectbehuizing. Een doorschijnende afwerking vervaagt het invallende licht (en het beeld), zodat de binnenste kralen de objecten in focus zijn.
• 6 De caleidoscoopmaker kan nu kralen of andere materialen aan de objectdoos toevoegen. Zoals de bovenstaande beschrijvingen suggereren, kunnen bijna alle kleurrijke items als objecten worden gekozen. De maker voegt kralen of objecten toe aan de behuizing en gluurt door het kijkeinde om de kleurbalans te controleren. Wanneer de juiste combinatie van objecten is geselecteerd, wordt de matte eindcirkel op zijn plaats geplakt of gelijmd. Voor deze eenvoudige caleidoscoop is de objectbehuizing niet gedraaid ten opzichte van de kijkbuis. In plaats daarvan wordt de hele buis gedraaid om de afbeeldingen te veranderen.

Bijproducten/afval

Het maken van caleidoscopen levert weinig afval op. De vervaardigde versies zijn gemaakt volgens strikte specificaties, zodat buizen en spiegels volgens die normen worden gesneden. Sommige materialen (met name kunststoffen) kunnen worden vermalen als ze defect zijn en worden gerecycled. Er treedt enige verspilling op in de kralen en items die worden gebruikt voor de objectkoffers. Een bedrijf als C. Bennett Scopes, Inc. brengt reservekralen naar scholen voor gebruik in kunstprojecten. Het grootste deel van het afval in een caleidoscoopfabriek is afkomstig van verpakkingsdozen die ook worden gerecycled.

Kwaliteitscontrole

Veiligheid voor werknemers is een cruciaal punt. Als plastic of acryl wordt gebruikt, zijn acryloplosmiddelen nodig en moet er voor voldoende ventilatie worden gezorgd rond elke werknemer in overeenstemming met de voorschriften van de Occupational Health and Safety Administration (OSHA) en de Environmental Protection Agency (EPA), beide federale instanties. Andere veiligheidskwesties hebben betrekking op de mechanica van apparatuur; lintzagen kunnen met name worden gebruikt om onderdelen voor prototypes te snijden, en een sonische lasser die luidruchtig is en wordt gebruikt om vloeistofkamers af te dichten, wordt bediend in een doosisolator. Kunststof en lengtes van spiegels hebben scherpe randen en er moet voorzichtig mee worden omgegaan.

Ook worden de voorschriften met betrekking tot de kwaliteit van de spiegels en lenzen gecontroleerd. De lens moet stevig bevestigd zijn om te garanderen dat er geen voorwerpen in het oog kunnen vallen. Ook spanen of breuken in de spiegels moeten worden vervangen door nieuwe materialen. De objectbox wordt ook gecontroleerd om er zeker van te zijn dat eventuele ampullen niet lekken.

De Toekomst

In het begin van de jaren zeventig beleefden caleidoscopen een wedergeboorte in interesse die vervolgens kleinere pieken en dalen had in de volgende 30 jaar. In de eenentwintigste eeuw lijken caleidoscopen een gevestigde aanhang te hebben als kunstvorm, potentiële geschenken en nieuwsgierigheidsobjecten voor kinderen van alle leeftijden. Conventies gehouden door de Brewster Society zijn een uitstekende maatstaf voor het welzijn van de caleidoscoop; meer dan 30 winkels, landen waaronder Japan en Zwitserland, en honderden fabrikanten en liefhebbers komen jaarlijks samen om de uitvinding van Sir David Brewster te steunen en ideeën uit te wisselen. Leden van de Society geloven, net als andere hobbyisten en enthousiastelingen, vast in de oneindige variaties die mogelijk zijn in de caleidoscoop die ze 'snoep voor het oog' noemen.