Kaleidoskop

Das Kaleidoskop zaubert mit Licht und Spiegeln. Es kann als Kinderspielzeug (oder Spielzeug für alle Altersgruppen) betrachtet werden, ist aber auch ein einfaches optisches Gerät mit technischen Anwendungen für Designer und Modellbauer. Griechische Wörter sind die Quelle des Namens; es kommt von kalos, eidos, und Skopios bedeutet schön, Form und Ansicht.

Hintergrund

Der Körper des Kaleidoskops besteht aus zwei Hauptteilen, dem Beobachtungstubus (mit einem Okular an einem Ende) und dem Objektkasten oder Gehäuse am gegenüberliegenden Ende des Tubus. Die Objektbox ist eine dünne, flache Box aus zwei Glasscheiben und einem umlaufenden Band, das die Scheiben und die eingeschlossenen Gegenstände hält. Diese Objekte sind Fragmente von farbigem Glas, Perlen, Lametta oder anderen reflektierenden Materialien.

Die äußere Scheibe der Objektbox ist geschliffen, damit sie das einfallende Licht streut; das heißt, es verhält sich wie ein Bildschirm. Der Beobachtungstubus hat an einem Ende ein Glasokular; es kann sich um gewöhnliches Glas oder eine optische Linse mit Vergrößerungseigenschaften handeln. Im Inneren der Röhre sind drei Spiegelstreifen zu einem Dreieck verbunden; auch die Winkel der Spiegel beeinflussen den Blick durch das Kaleidoskop. Typischerweise sind sie entweder 45° oder 60° abgewinkelt. Wenn die Objektbox gedreht oder geklopft wird, bewegen sich das Glas oder die Gegenstände im Inneren und taumeln frei. Wenn der Betrachter durch das Okular auf eine Lichtquelle blickt, erzeugen die Spiegel eine symmetrische Ordnung aus den taumelnden Objekten und multiplizieren sie je nach Winkel der Spiegel sechs-, acht- oder mehr.

Eine Variation des Kaleidoskops – das Teleidoskop – ersetzt den Objektkasten durch eine andere Linse, die es dem Betrachter ermöglicht, auf ein entferntes Objekt zu schauen und es in Vielfachen zu betrachten. Noch andere Variationen verwenden mehr Spiegel. Zwei Spiegel haben den Vorteil, dass sie ein zentriertes Muster erzeugen; Mehrere Spiegel teilen und duplizieren das Bild um ein Vielfaches. Das Kaleidoskop ist unendlich unterhaltsam, weil die Muster und Kombinationen endlos sind und nicht dauerhaft sind, es sei denn, sie werden fotografiert.

Verlauf

Obwohl die alten Griechen, einschließlich des Mathematikers Ptolemaios, über die Auswirkungen des Aneinanderstoßens mehrerer Spiegel nachgedacht hatten, ist das Kaleidoskop die Schöpfung eines Mannes. David Brewster (1781–1868) wurde in Schottland geboren und an der University of Edinburgh zum Pfarrer ausgebildet. Das Studium an der Universität führte ihn jedoch zu den Wundern der Wissenschaft und er verließ die Kirche, um die Eigenschaften des Lichts zu studieren. Er wurde ein Experte für die Polarisation von Licht (die linearen und planaren Eigenschaften des Lichts), die Lichtreflexion mit Metall und die Lichtabsorption. Für seine wissenschaftlichen Entdeckungen wurde Brewster 1815 zum Fellow der Royal Society (Großbritanniens führender wissenschaftlicher Organisation) gewählt und 1831 zum Ritter geschlagen.

Brewster erfand und patentierte das Kaleidoskop im Jahr 1816. Er beschrieb seine Struktur und Funktionsweise in einem 174-seitigen wissenschaftlichen Artikel mit dem Titel Abhandlung über das Kaleidoskop. Brewster berechnete in seiner Abhandlung, dass 24 Glassplitter im Objektkasten eines Kaleidoskops mehr als 1,4 x 1033 flüchtige Ansichten erzeugen könnten. Er beschrieb auch die effektivsten Farbkombinationen für Kaleidoskope basierend auf den Lichteigenschaften. In den 1840er Jahren verwendete er zwei Linsen, um beim Erstellen des Stereoskops einen dreidimensionalen Effekt zu erzeugen. Er war auch ein führender Verfechter der flachen Fresnel-Linse, die von den Briten für Leuchttürme übernommen wurden, und es wurde ihm zugeschrieben, Tausende von Leben gerettet zu haben, indem er Schiffe vor Schiffbruch schützte. Brewster lehrte an der University of Edinburgh und der University of St. Andrews in Schottland, war einer der ersten Herausgeber der Encyclopedia Britannica und veröffentlichte viele Bücher und wissenschaftliche Arbeiten.

Nach seiner Erfindung im Jahr 1816 wurde das Kaleidoskop in Westeuropa immer beliebter, und das erste, das in den Vereinigten Staaten erschien, wurde 1870 gemeldet. Es wurde zu einem beliebten Spielzeug für Kinder, aber auch zu einer Unterhaltung für Erwachsene bei Gesellschaftsspielen wie dem Betrachten von stereoskopischen Fotos und Scharaden spielen. Die berühmtesten Kaleidoskope, abgesehen von Brewsters Originalen, wurden von Charles G. Bush aus Boston hergestellt. Das Bush-Kaleidoskop bestand aus einem Beobachtungsrohr aus gebändertem schwarzem Karton, einem Messing Rad zum Drehen der Objektbox und ein Holzständer. Es waren die Objekte, die Bushs Version einzigartig machten (und heute ein wertvolles Sammlerstück). Er verwendete 35 Objekte in verschiedenen Farben und Formen, einige waren jedoch mit Flüssigkeit gefüllt, die Luftblasen enthielt. Die Luftblasen bewegten sich auch dann durch die Flüssigkeit, wenn der Betrachter das Objektgehäuse still hielt. Bush sicherte sich die Patente für die flüssigkeitsgefüllten Gegenstände (Ampullen), für seine Methode, Gegenstände hinzuzufügen und zu entfernen, ohne die Schachtel vollständig auseinanderzunehmen, sowie für Ständer und anderes Kaleidoskop-Zubehör.

Als Werkzeug für Designer produziert das Kaleidoskop eine Reihe von Farben und Mustern, die zur Herstellung von Teppichen, Buntglas, Schmuck, architektonischen Mustern, Tapeten, gewebten Wandteppichen und Ideen für Maler verwendet werden. Das Kaleidoskop verlor Anfang des 20. Jahrhunderts das Interesse der Öffentlichkeit, aber es wurde Ende der 1970er Jahre wiederbelebt, als neue Stile und der Sammlercharakter antiker Kaleidoskope die Neugier neuer Generationen weckten. Bushs Kaleidoskop mit den flüssigkeitsgefüllten Objekten, die 1873 für 2,00 Dollar verkauft wurden; Sammler im frühen 21. Jahrhundert zahlen bereitwillig über 1.000 Dollar.

Rohstoffe

Die Arten von Materialien, aus denen Kaleidoskope hergestellt werden können, sind fast so endlos wie die Bilder, die ihre Spiegel erzeugen. Das Sichtrohr kann aus Papier, Pappe, Kunststoff, Acryl, Holz, Plexiglas, Messing, Kupfer, Sterlingsilber und anderen Metallen und Materialien bestehen. Die das Augenloch enthaltende Endkappe besteht aus einem Material, das mit dem Beobachtungstubus kompatibel ist. Das Augen- oder Guckloch und die beiden Fronten des Objektkastens bestehen meist aus Kunststoff oder Glas. Die Gegenstände in der Schachtel können Gesteins- oder Mineralienfragmente, Edelsteine, Perlen, Glas- oder Plastikampullen (gefüllt oder ungefüllt), Muscheln, Glasstücke, Metallstücke, winzige Schmuckstücke oder eine beliebige Kombination davon sein. Die Objekte können nach Ähnlichkeit oder Farbvielfalt ausgewählt werden. Im Inneren der Röhre sind Spiegel für die Bilderzeugung unabdingbar. Klebeband hält sie zusammen und eine Art Polsterung oder Füllung wie Zeitungspapier, Baumwolle, oder Styropor verhindert, dass die Spiegel gegen die Innenseite der Röhre klappern. Klebeband kann auch verwendet werden, um die Endkappen und die Objektbox an Ort und Stelle zu halten. Passend zum Aussehen des Kaleidoskops können auch andere Verbinder oder Befestigungsmaterialien, Aufsätze und Blenden angefertigt werden.

Design

Der Designer des Kaleidoskops wählt die Größe, die Materialien für das Gehäuse, die Ausrichtung der Spiegel, die Art des Objektgehäuses oder des Drehrads und die Objekte zur Gestaltung der Ansichten. All diese Entscheidungen beeinflussen den Preis des Kaleidoskops (sowohl für die Herstellung als auch für den Kauf) ebenso wie die Art der Bilder, die der Designer zu erstellen versucht. Es wurden Miniatur-Kaleidoskope hergestellt, die an einer Schlüsselkette für Personen mit einer Größe befestigt werden können. Koffer können aus einfachen Materialien wie Papier, Kunststoff und Holz hergestellt werden; viele arten von metallen werden ausgewählt, von messing über sterlingsilber bis hin zu vergoldeten modellen. Wenn das Kaleidoskop-Ende ein rotierendes Rad ist, kann dieses Rad aus Edelsteinen, Buntglas, dünnen Achatscheiben und anderen Mineralien und Gesteinen und mehr bestehen. Objektkästen können mit Kristallen, Glas mit eingebetteten Fäden (Laticcino-Glas), Kugeln, Edelsteinen, Muscheln, Glassplittern oder flüssigkeitsgefüllten Kapseln (Ampullen) gefüllt sein. Kaleidoskope können auch andere Lichtquellen oder Lichtfilter als natürliches Licht verwenden. Beispiele sind elektronische Zielfernrohre, Ölsuspensions-Zielfernrohre, Polarisationslicht-Zielfernrohre und Projektor-Zielfernrohre.

Designer können einen individuellen Stil haben, ein Material, mit dem sie am liebsten arbeiten, eine bestimmte Art von Bild oder Ansicht, die sie erstellen möchten, oder Ziele im Zusammenhang mit der Zufriedenheit ihrer Kunden haben. Einige sind ideale Geschenke, andere sind einzigartige Kreationen für Sammler. Auch hier können viele Themen und Ideen den Kaleidoskop-Designer motivieren. Die international bekannte Designerin Carolyn Bennett stellt Kaleidoskope aus Acryl her. Ihre Sichtröhren sind oft quadratisch oder rechteckig und sehen von außen wie interessante Skulpturen aus und erzeugen im Inneren wunderschöne Bilder. Um die Kosten niedrig zu halten, verwendet sie Lagergrößen von Kunststoffen und anderen Materialien, aber das Design spiegelt über die einfache Herstellung immer die Umgebung oder den Charakter des Sammlers oder Designers wider. Ungefähr die Hälfte ihrer Designs wird angefertigt, um den Farben und dem Budget von Kunden zu entsprechen, darunter Museen und Unternehmen; ihre Entwürfe für Geschäfte passen zu ihrem künstlerischen Auge, wenn sie technische Aspekte und Konstruierbarkeit berücksichtigen.

Kaleidoskope haben ein Vokabular erzeugt, das ihre Lichtanpassungsfähigkeiten, Materialien und Konstruktion beschreibt. Dichromatisches Glas macht je nach Lichteinfall unterschiedliche Farben. Überfangglas ist ein Spiegel aus zwei Farben, die übereinander liegen. Das Öl-Suspensions-Zielfernrohr enthält Öl im Objektgehäuse zusammen mit Glassplittern oder anderen Materialien, die im Öl schwimmen. Zusammengesunkenes Glas wird erhitzt, bis es sich biegt; stückchen aus zusammengefallenem glas werden in der objektbox einiger ausführungen aufbewahrt. Heißes Glas ist Altglas, das bis zum Schmelzen erhitzt und dann lackiert wird. Das Teleidoskop (Kombination aus Teleskop und Kaleidoskop) ersetzt das Objektgehäuse durch eine andere Linse, sodass der durch das Teleidoskop betrachtete Baum oder Vogel mehrfach reflektiert wird. Diese und viele andere Begriffe kennzeichnen die Vielfalt der Kaleidoskope.

Der Herstellungsprozess

Das in diesem Abschnitt beschriebene Kaleidoskop ist eine einfache Version, und viele der Materialien werden nicht im Detail aufgeführt. Wie aus den obigen Abschnitten hervorgeht, sind die Auswahlmöglichkeiten für angehende Kaleidoskop-Designer nahezu unbegrenzt; und obwohl einige Kaleidoskope (insbesondere Spielzeug) in Massenproduktion hergestellt werden, ist die "Herstellung" eines Kaleidoskops kreativ und künstlerisch.

• 1 Der Innendurchmesser des Tubus bestimmt die Größe der einzusetzenden Spiegel. Das Rohr wird ausgewählt oder hergestellt und der innere Kreis wird auf ein Blatt Papier gezeichnet. Ein Zirkel wird verwendet, um den Kreis zu halbieren und in sechs gleiche Teile zu unterteilen, um ein System von drei Spiegeln zu messen und zu planen, die ein gleichseitiges Dreieck bilden (ein Dreieck mit gleich langen Seiten und Innenwinkeln, die alle 60° betragen). Durch Verbinden jedes zweiten Punktes aus den sechs Unterteilungen des Kreises kann der Umriss der drei Spiegel gezeichnet und die Breite der Spiegel gemessen werden. Ungefähr 0,13-0,25 Zoll (0,32-0,64 cm) werden von der Breite jedes Spiegels abgezogen, um die Dicke des Spiegels zu berücksichtigen. Drei Teile werden verwendet, um ein klares Bild zu erzeugen, obwohl der Hersteller viele andere Konfigurationen wählen kann. Die Länge des Spiegels ist gleich der Länge des Rohres abzüglich des Raumes am Ende des Rohres für die Objektkammer. Für ein einfaches, handgehaltenes Kaleidoskop sollte eine Größenordnung von 0,5 l in (1,27 bis 2,54 cm) zulässig sein.
• 2 Der Kaleidoskop-Hersteller kann seine Spiegel selbst schleifen oder in einem Glasladen schleifen lassen. Meist wird ein Erstflächenspiegel mit der Versilberung auf der Oberfläche gewählt. Als nächstes werden die Spiegel zusammengeklebt, damit sie in das Sichtrohr passen. Dies geschieht, indem die Spiegel zusammengefügt werden, wobei eine Hand das Rohr imitiert und mit der anderen frei auf Klebeband geklebt wird. Die Spiegel sind so ausgerichtet, dass die Kante des einen Spiegels auf der Oberfläche oder Fläche des benachbarten Spiegels sitzt, der wiederum seine Kante auf der Fläche des dritten sitzt. Wenn die Spiegel Kante an Kante und nicht Kante an Fläche verbunden sind, wird das Bild verzerrt. Während die drei Spiegel zusammengehalten werden, wird das Klebeband spiralförmig um die Außenseite gewickelt.
• 3 Die Endkappe mit dem Augenloch wird hergestellt, indem ein Kreis von der Größe des Außendurchmessers des Beobachtungstubus aus einem Material ausgeschnitten wird, das mit dem Material des Tubus übereinstimmt oder damit kompatibel ist. Ein konzentrischer, kleinerer Kreis wird aus der Endkappe geschnitten und ein Stück Plastik wird mit Klebeband oder Klebeband über der Öffnung an der Innenseite der Kappe gehalten. Dieses Loch kann unbedeckt bleiben, aber eine durchsichtige Abdeckung ist eine gute Sicherheitsvorkehrung, um zu verhindern, dass irgendwelche Gegenstände aus der Schachtel oder dem Inneren der Röhre in das Auge des Betrachters fallen. Für das Guckloch können Acryl, Mylar, Acetat oder eine optische Linse verwendet werden. Die Endkappe kann dann vorsichtig an das Ende des Rohres geklebt oder mit Klebeband versehen werden; in aufwendigeren Ausführungen werden diese formal zu Formstücken verarbeitet, die aufgeschraubt oder speziell auf das Rohr montiert werden können.
• 4 Mit geschlossenem Sichtende schiebt der Hersteller den zusammengesetzten Spiegelsatz in die Röhre. Wenn das Spiegeldreieck klappert Unterschiedliche Winkel der Spiegel erzeugen unterschiedliche Ansichten durch das Kaleidoskop. in der Röhre wird es herausgenommen, und Papier, Stoff oder anderes Schutzmaterial wird um die Außenseite der Spiegel gewickelt, bis sie fest sitzen. Plastikstyropor-"Popcorn" oder Papierstücke können neben den Spiegeln nach unten gedrückt werden, um sie zu befestigen, aber sie sind wahrscheinlich nicht mittig, was wiederum das Bild verzerrt. Die Spiegel werden so eingeschoben, dass sie an der Endkappe anliegen und am anderen Ende des Rohres Platz für die Objektbox lassen.
• 5 Die Zeichnung des Innendurchmessers des Rohres, das früher gemacht wurde, kann nun verwendet werden, um Kunststoffteile für die beiden Enden der Objektbox herzustellen. Ein Kreis aus durchsichtigem Kunststoff wird ausgeschnitten und in das Rohr eingesetzt, um an die Enden der Spiegel zu passen; es muss so passen, dass es senkrecht zu den Rohrwänden steht. Der Abstand zwischen diesem Plastikstück und dem offenen Ende des Rohres entspricht der Dicke der Kammer. Nach dem Messen dieser Dicke schneidet der Hersteller ein Stück Pappe, das so breit ist wie die Kammerdicke und so lang wie der Innenumfang des Rohres. Der Hersteller macht den Karton weich, indem er ihn zwischen den Fingern bearbeitet, damit er um die Innenseite der Tube gewickelt werden kann. Es sollte geprüft werden, ob es glatt passt, dann herausgenommen, geklebt und in das Rohr eingeklebt wird. Dieses Pappstück hält das innere Plastikende der Objektbox an Ort und Stelle und glättet auch alle Lücken in diesem Plastikstück, damit sie nicht gesehen werden können. Der äußere Plastikkreis wird dann geschnitten. Dieser kann auch aus durchsichtigem Kunststoff bestehen oder mit Sandpapier versehen sein, um die Oberfläche lichtdurchlässig zu machen. Wenn es klar oder transparent bleibt, wird ein Teil der Außenwelt durch das Objektgehäuse hindurchscheinen. Ein durchscheinendes Finish verwischt das einfallende Licht (und sein Bild), sodass die inneren Perlen die Objekte im Fokus sind.
• 6 Der Kaleidoskop-Hersteller kann nun damit beginnen, Perlen oder andere Materialien zum Objektkoffer hinzuzufügen. Wie die obigen Beschreibungen vermuten lassen, können als Objekte fast alle bunten Gegenstände gewählt werden. Der Hersteller fügt dem Gehäuse Perlen oder Gegenstände hinzu und schaut durch das Sichtende, um die Farbbalance zu überprüfen. Wenn die richtige Kombination von Objekten ausgewählt ist, wird der mattierte Endkreis abgeklebt oder verklebt. Bei diesem einfachen Kaleidoskop wird das Objektgehäuse gegenüber dem Beobachtungstubus nicht verdreht. Stattdessen wird die gesamte Röhre gedreht, um die Bilder zu ändern.

Nebenprodukte/Abfälle

Die Herstellung von Kaleidoskopen erzeugt wenig Abfall. Die hergestellten Versionen werden nach strengen Spezifikationen hergestellt, sodass Rohre und Spiegel nach diesen Standards zugeschnitten werden. Einige Materialien (insbesondere Kunststoffe) können bei Fehlern nachgemahlen und recycelt werden. Bei den Perlen und Gegenständen, die für die Objektkoffer verwendet werden, tritt eine gewisse Verschwendung auf. Ein Unternehmen wie C. Bennett Scopes, Inc. bringt Ersatzperlen für Kunstprojekte in Schulen. Der Großteil des Abfalls in einer Kaleidoskop-Fabrik stammt aus Verpackungskartons, die ebenfalls recycelt werden.

Qualitätskontrolle

Sicherheit für Mitarbeiter ist ein kritisches Thema. Wenn Kunststoffe oder Acryle verwendet werden, sind Acryllösungsmittel erforderlich, und gemäß den Vorschriften der Occupational Health and Safety Administration (OSHA) und der Environmental Protection Agency (EPA), beides Bundesbehörden, muss für ausreichende Belüftung um jeden Arbeiter gesorgt werden. Andere Sicherheitsfragen betreffen die Gerätemechanik; Bandsägen können insbesondere zum Schneiden von Teilen für Prototypen verwendet werden, und ein Schallschweißgerät, das laut ist und zum Abdichten von Flüssigkeitskammern verwendet wird, wird in einem Kastenisolator betrieben. Plastik und Spiegelstücke haben scharfe Kanten und müssen vorsichtig gehandhabt werden.

Auch Vorschriften zur Qualität der Spiegel und Linsen werden überprüft. Die Linse muss fest angebracht sein, damit keine Gegenstände ins Auge fallen können. Auch Chips oder Brüche in den Spiegeln müssen durch neue Materialien ersetzt werden. Die Objektbox wird auch überprüft, um sicherzustellen, dass keine Ampullen auslaufen.

Die Zukunft

In den frühen 1970er Jahren erlebten Kaleidoskope eine Wiedergeburt des Interesses, die dann in den folgenden 30 Jahren kleinere Gipfel und Täler aufwies. Im 21. Jahrhundert scheinen Kaleidoskope als Kunstform, potenzielle Gabe und Neugierde für Kinder jeden Alters eine etablierte Anhängerschaft zu haben. Kongresse der Brewster Society sind ein hervorragendes Maß für das Wohlergehen des Kaleidoskops; Über 30 Geschäfte, Länder wie Japan und die Schweiz, und Hunderte von Herstellern und Liebhabern treffen sich jährlich, um Sir David Brewsters Erfindung zu unterstützen und Ideen auszutauschen. Mitglieder der Gesellschaft, wie andere Hobbyisten und Enthusiasten, glauben fest an die unendlichen Variationen, die in dem Kaleidoskop möglich sind, das sie "Süßigkeiten für das Auge" nennen.