Калейдоскоп

<час />

Калейдоскоп творит волшебство со светом и зеркалами. Это может считаться детской игрушкой (или игрушкой для всех возрастов), но это также простое оптическое устройство с техническими приложениями для дизайнеров и создателей моделей. Греческие слова являются источником названия; это происходит от калос, эйдос, и скопиос имея в виду красивую, форму и вид соответственно.

Фон

Корпус калейдоскопа состоит из двух основных частей:тубуса (с окуляром на одном конце) и предметного ящика или футляра на противоположном конце тубуса. Ящик для предметов представляет собой тонкую плоскую коробку, состоящую из двух стеклянных дисков и ленты, опоясывающей края и удерживающей диски и вложенные в них предметы. Эти объекты представляют собой фрагменты цветного стекла, бусинок, мишуры или других светоотражающих материалов.

Внешний диск объектного бокса отшлифован, поэтому он рассеивает падающий свет; то есть действует как экран. Смотровая трубка имеет на одном конце стеклянный окуляр; это может быть обычное стекло или оптическая линза с увеличительными свойствами. Внутри трубки три полосы зеркал соединены в треугольник; Углы наклона зеркал также влияют на обзор через калейдоскоп. Обычно они располагаются под углом 45 ° или 60 °. Когда ящик для предметов поворачивается или постукивается, стекло или предметы внутри него свободно перемещаются и опрокидываются. Когда зритель смотрит через окуляр на источник света, зеркала создают симметричный порядок падающих объектов и умножают их в шесть, восемь или более раз в зависимости от углов зеркал.

Вариант калейдоскопа - телеидоскоп - заменяет объектную коробку другой линзой, которая позволяет зрителю смотреть на удаленный объект и рассматривать его в множестве. В других вариантах используется больше зеркал. Преимущество двух зеркал в том, что они создают центрированный узор; несколько зеркал разделяют и многократно дублируют изображение. Калейдоскоп бесконечно интересен, потому что узоры и комбинации бесконечны и непостоянны, если их не сфотографировать.

История

Хотя древние греки, в том числе математик Птолемей, размышляли о влиянии стыковки нескольких зеркал, калейдоскоп - это творение одного человека. Дэвид Брюстер (1781-1868) родился в Шотландии и получил образование министра в Эдинбургском университете. Однако университетские исследования открыли ему чудеса науки, и он отказался от церкви в пользу изучения свойств света. Он стал экспертом в поляризации света (линейные и плоские свойства света), отражении света с помощью металла и поглощении света. За свои научные открытия Брюстер был избран членом Королевского общества (ведущей научной организации Великобритании) в 1815 году и посвящен в рыцари в 1831 году.

Брюстер изобрел и запатентовал калейдоскоп в 1816 году. Он описал его структуру и работу в 174-страничной научной статье под названием Трактат о калейдоскопе. В своем трактате Брюстер подсчитал, что 24 фрагмента стекла в предметном ящике калейдоскопа могут создавать более 1,4 x 1033 мимолетных взгляда. Он также описал наиболее эффективные сочетания цветов для калейдоскопов на основе свойств света. В 1840-х годах он использовал две линзы для создания трехмерного эффекта при создании стереоскопа. Он также был ведущим защитником плоской линзы Френеля, принятой британцами для маяков, и ему приписывают спасение тысяч жизней, защищая суда от кораблекрушений. Брюстер преподавал в Эдинбургском университете и Университете Сент-Эндрюс в Шотландии, был одним из первых редакторов Британской энциклопедии, и опубликовал много книг и научных статей.

После изобретения калейдоскопа в 1816 году популярность калейдоскопа в Западной Европе выросла, а в 1870 году он появился в Соединенных Штатах. Он стал любимой игрушкой для детей, а также развлечением для взрослых в домашних играх, таких как просмотр стереоскопических фотографий. и играем в шарады. Самые известные калейдоскопы, кроме оригиналов Брюстера, были созданы Чарльзом Бушем из Бостона. Калейдоскоп Буша был построен из тубуса из полосатого черного картона, латуни . колесо для поворота предметного ящика и деревянную подставку. Именно предметы сделали версию Буша уникальной (и сегодня это ценный предмет коллекционирования). Он использовал 35 предметов разного цвета и формы, но некоторые из них были заполнены жидкостью, содержащей пузырьки воздуха. Пузырьки воздуха перемещались через жидкость, даже когда наблюдатель держал футляр для объекта неподвижно. Буш получил патенты на заполненные жидкостью объекты (ампулы), на свой метод добавления и вычитания объектов, не разбирая коробку полностью, а также на подставки и другие аксессуары для калейдоскопов.

В качестве инструмента для дизайнеров калейдоскоп создает ряд цветов и узоров, используемых для создания ковров, витражей, ювелирных изделий, архитектурных узоров, обоев, тканых гобеленов и идей для художников. Калейдоскоп потерял популярность в начале двадцатого века, но возродился в конце 1970-х, когда новые стили и коллекционный характер старинных калейдоскопов пробудили любопытство новых поколений. Калейдоскоп Буша с объектами, заполненными жидкостью, проданный в 1873 году за 2 доллара; Коллекционеры в начале двадцать первого века охотно платят более 1000 долларов.

Сырье

Типы материалов, из которых можно сделать калейдоскоп, почти так же безграничны, как и изображения, которые производят его зеркала. Смотровая трубка может быть изготовлена ​​из бумаги, картона, пластика, акрила, дерева, оргстекла, латуни, меди, стерлингового серебра и других металлов и материалов. Заглушка, на которой находится глазок, изготовлена ​​из материала, совместимого со смотровой трубкой. Глазок или глазок и две стороны футляра для предметов обычно изготавливаются из пластика или стекла. Предметы в коробке могут быть осколками камня или минералов, драгоценными камнями, бусами, стеклянными или пластиковыми ампулами (заполненными или незаполненными), ракушками, кусочками стекла, кусочками металла, крошечными безделушками или любой их комбинацией. Объекты можно выбирать по схожести или разнообразию цветов. Внутри трубки зеркала необходимы для формирования изображений. Лента скрепляет их вместе, и что-то вроде набивки, например газеты, хлопка, или пенополистирол предохраняет зеркала от ударов о внутреннюю часть трубы. Ленту также можно использовать для удержания заглушек и блока объектов на месте. Другие соединители или крепежные материалы, насадки и планки могут быть изготовлены в соответствии с внешним видом калейдоскопа.

Дизайн

Дизайнер калейдоскопа выбирает размер, материалы для корпуса, ориентацию зеркал, тип футляра для предметов или вращающегося колеса, а также объекты для формирования изображения. Все эти варианты влияют на цену калейдоскопа (как для производства, так и для покупки), так же как и тип изображений, которые пытается создать дизайнер. Сделаны миниатюрные калейдоскопы, которые можно прикрепить на брелок к тем, кто ростом с человека. Ящики могут быть изготовлены из простых материалов, таких как бумага, пластик и дерево; выбираются многие разновидности металлов, от латуни до моделей из стерлингового серебра и позолоты. Если конец калейдоскопа представляет собой вращающееся колесо, это колесо может быть сделано из драгоценных камней, цветного стекла, тонких пластинок агата, других минералов и камней и т. Д. Ящики для предметов могут быть наполнены кристаллами, стеклом, содержащим врезанные нити (стекло латиччино), шарами, драгоценными камнями, морскими ракушками, осколками стекла или заполненными жидкостью капсулами (ампулами). Калейдоскопы также могут использовать источники света или светофильтры, кроме естественного света. Электронные прицелы, прицелы с масляной подвеской, поляризованные оптические прицелы и прицелы для проекторов являются примерами.

У дизайнеров может быть индивидуальный стиль, материал, с которым они предпочитают работать, определенный тип изображения или представления, которые они хотят создать, или цели, связанные с удовлетворением своих клиентов. Некоторые из них сделаны в качестве идеальных подарков, а некоторые - уникальные творения для коллекционеров. Опять же, дизайнера калейдоскопа может мотивировать множество вопросов и идей. Всемирно известный дизайнер Кэролайн Беннетт делает калейдоскопы из акрила. Ее зрительные трубы часто бывают квадратными или прямоугольными и выглядят как интересные скульптуры снаружи, а также создают великолепные изображения внутри. Чтобы снизить затраты, она использует стандартные размеры пластика и других материалов, но дизайн всегда отражает окружающую среду или характер коллекционера или дизайнера, а не простоту изготовления. Около половины ее дизайнов созданы в соответствии с цветами и бюджетом клиентов, включая музеи и корпорации; ее проекты, сделанные для магазинов, подходят ее художнику с некоторым учетом инженерных аспектов и конструктивности.

Калейдоскопы сформировали словарный запас, описывающий их возможности регулирования света, материалы и конструкцию. Двухцветное стекло может иметь разные цвета в зависимости от угла, под которым на него падает свет. Вспышка - это зеркало, состоящее из двух цветов, один поверх другого. Прицел с масляной суспензией содержит масло в футляре для предметов, а также осколки стекла или других материалов, которые плавают в масле. Упавшее стекло нагревают до загиба; в ящиках для объектов некоторых конструкций удерживаются кусочки осевшего стекла. Горячее стекло - это стеклянный лом, который нагревают до плавления, а затем окрашивают. Телеидоскоп (комбинация телескопа и калейдоскопа) заменяет футляр для объекта другой линзой, поэтому дерево или птица, наблюдаемые через телеидоскоп, отражаются в нескольких единицах. Эти и многие другие термины характеризуют разнообразие калейдоскопов.

Производственный процесс

Калейдоскоп, описанный в этом разделе, представляет собой простую версию, и многие материалы не перечисляются подробно. Как видно из приведенных выше разделов, начинающим дизайнерам калейдоскопов доступен практически безграничный выбор; и, хотя некоторые калейдоскопы (особенно игрушки) производятся серийно, «изготовление» калейдоскопа носит творческий и художественный характер.

• 1 Внутренний диаметр трубки определяет размер зеркал, которые будут вставлены. Трубка выбирается или изготавливается, а на листе бумаги рисуется внутренний круг. Компас используется, чтобы разделить круг пополам и разделить его на шесть равных частей, чтобы измерить и спланировать систему из трех зеркал, образующих равносторонний треугольник (треугольник со сторонами равной длины и внутренними углами, равными 60 °). Соединив все остальные точки из шести частей круга, можно нарисовать очертания трех зеркал и измерить ширину зеркал. Около 0,13-0,25 дюйма (0,32-0,64 см) вычитается из ширины каждого зеркала, чтобы учесть толщину зеркала. Для создания четкого изображения используются три детали, хотя производитель может выбрать множество других конфигураций. Длины зеркала равны длине трубки за вычетом пространства на конце трубки для камеры объекта. Для обычного ручного калейдоскопа должно быть предусмотрено около 0,5 л (1,27–2,54 см).
• 2 Изготовитель калейдоскопов может вырезать зеркала себе или заказать их в стекольной мастерской. Обычно выбирают зеркало первой поверхности с серебрением на поверхности. Затем зеркала склеиваются вместе, чтобы поместиться внутрь смотровой трубы. Это делается путем соединения зеркал одной рукой, имитирующей трубку, а другой - свободной лентой. Зеркала выровнены так, чтобы край одного зеркала находился на поверхности или лицевой стороне соседнего, которое, в свою очередь, располагалось своим краем на лицевой стороне третьего. Если зеркала соединить край к краю, а не край к лицу, изображение будет перекошено. Когда три зеркала держатся вместе, лента наматывается снаружи по спирали.
• 3 Заглушка с прорезью для глаз изготавливается путем вырезания круга размером с внешний диаметр смотровой трубы из материала, который совпадает с материалом, из которого изготовлена ​​труба, или совместим с ним. Из торцевой крышки вырезается концентрический круг меньшего размера, и кусок пластика наклеивается или приклеивается, чтобы удерживать его над отверстием на внутренней стороне крышки. Это отверстие можно не закрывать, но прозрачное покрытие является хорошей мерой предосторожности, чтобы не допустить попадания любых предметов из коробки или внутренней части трубки в глаз зрителя. Для глазка можно использовать акрил, майлар, ацетат или оптическую линзу. Затем заглушку можно аккуратно приклеить или приклеить к концу трубки; в более сложных конструкциях они формально превращаются в фитинги, которые можно привинчивать или специально прикреплять к трубе.
• 4 Теперь, когда смотровой конец закрыт, производитель вставляет собранный набор зеркал в трубку. Если треугольник зеркал гремит Разные углы зеркал создают разные виды через калейдоскоп. в трубке он вынимается, и бумага, ткань или другой защитный материал оборачиваются вокруг зеркал с внешней стороны до тех пор, пока они не будут надежно закреплены. Пластиковый пенополистирол или кусочки бумаги можно прижать к зеркалам, чтобы закрепить их, но они, скорее всего, будут смещены по центру, что, опять же, исказит изображение. Зеркала вдавливаются, чтобы упираться в торцевую крышку и оставлять место на другом конце трубы для ящика для предметов.
• 5 Чертеж внутреннего диаметра трубы, сделанный ранее фургоном, теперь можно использовать для изготовления пластиковых деталей для двух концов ящика для предметов. Вырезается круг из прозрачного пластика и вставляется в трубку так, чтобы он плотно прилегал к концам зеркал; он должен располагаться перпендикулярно стенкам трубки. Расстояние между этим куском пластика и открытым концом трубки равно толщине камеры. После измерения этой толщины производитель отрезает кусок картона шириной, равной толщине камеры, и длиной внутренней окружности трубы. Производитель смягчает картон, перемещая его между пальцами, чтобы его можно было намотать на внутреннюю часть тюбика. Его следует проверить на предмет гладкости, затем вынуть, приклеить и закрепить в трубке. Этот кусок картона удерживает внутренний пластиковый конец коробки для предметов, а также сглаживает любые зазоры в этом пластиковом элементе, чтобы их не было видно. Затем вырезается внешний пластиковый круг. Он также может быть сделан из прозрачного пластика или отшлифован, чтобы поверхность стала прозрачной. Если оставить его прозрачным или прозрачным, через корпус объекта будет видна часть внешнего мира. Полупрозрачная отделка будет размывать падающий свет (и его изображение), поэтому внутренние бусинки будут объектами в фокусе.
• 6 Создатель калейдоскопа теперь может добавлять бусинки или другие материалы в ящик для предметов. Как видно из приведенного выше описания, в качестве объектов можно выбрать практически любые красочные предметы. Производитель добавляет бусинки или предметы в футляр и заглядывает через смотровую панель, чтобы проверить цветовой баланс. Когда выбрана правильная комбинация объектов, замороженный концевой круг приклеивается или приклеивается на место. В этом простом калейдоскопе корпус объекта не перекручен относительно смотровой трубы. Вместо этого для изменения изображения поворачивается вся трубка.

Побочные продукты / отходы

При производстве калейдоскопов мало отходов. Производимые версии изготавливаются в соответствии со строгими спецификациями, поэтому трубы и зеркала разрезаются в соответствии с этими стандартами. Некоторые материалы (особенно пластмассы) можно переточить, если они неисправны и переработаны. Некоторая потеря происходит в бусах и предметах, используемых для ящиков для предметов. Такая компания, как C. Bennett Scopes, Inc., привозит в школы запасные бусы для использования в художественных проектах. Большинство отходов на фабрике-калейдоскопе происходит из упаковочных ящиков, которые также перерабатываются.

Контроль качества

Безопасность сотрудников - важная проблема. Если используются пластмассы или акрил, необходимы акриловые растворители, а вокруг каждого рабочего должна быть обеспечена соответствующая вентиляция в соответствии с правилами Управления по охране труда и технике безопасности (OSHA) и Агентства по охране окружающей среды (EPA), обоих федеральных агентств. Другие вопросы безопасности связаны с механикой оборудования; ленточные пилы могут использоваться, в частности, для резки деталей для прототипов, а звуковой сварочный аппарат, который издает шум и используется для герметизации камер с жидкостью, работает внутри изоляционного короба. Пластик и длина зеркала имеют острые края, поэтому обращаться с ними нужно осторожно.

Также проверяются правила, касающиеся качества зеркал и линз. Линза должна быть надежно закреплена, чтобы гарантировать, что никакие предметы не могут упасть в глаз. Также сколы или трещины в зеркалах необходимо заменить новыми материалами. Поле объекта также проверяется, чтобы убедиться, что ампулы не протекают.

Будущее

В начале 1970-х годов интерес к калейдоскопам возродился, а в последующие 30 лет он имел меньшие пики и спады. В двадцать первом веке калейдоскопы, по-видимому, получили признание в качестве вида искусства, потенциальных подарков и объектов любопытства для детей всех возрастов. Съезды, проводимые Обществом Брюстера, являются отличным показателем благополучия калейдоскопа; более 30 магазинов в разных странах, включая Японию и Швейцарию, а также сотни производителей и поклонников встречаются ежегодно, чтобы поддержать изобретение сэра Дэвида Брюстера и обменяться идеями. Члены общества, как и другие любители и энтузиасты, твердо верят в бесконечные вариации, которые возможны в калейдоскопе, который они называют «конфетой для глаз».