Kaléidoscope

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Le kaléidoscope fait de la magie avec la lumière et les miroirs. Il peut être considéré comme un jouet d'enfant (ou un jouet pour tous les âges), mais c'est aussi un simple dispositif optique avec des applications techniques pour les designers et modélistes. Les mots grecs sont la source du nom; il vient de kalos, eidos, et skopios signifiant beau, forme et vue, respectivement.

Contexte

Le corps du kaléidoscope comporte deux parties principales, le tube d'observation (avec un oculaire à une extrémité) et la boîte à objets ou le boîtier à l'extrémité opposée du tube. La boîte à objets est une boîte mince et plate constituée de deux disques de verre et d'une bande entourant les bords et retenant les disques et les objets enfermés. Ces objets sont des fragments de verre coloré, des perles, des guirlandes ou d'autres matériaux réfléchissants.

Le disque extérieur de la boîte à objets est rectifié afin qu'il diffuse la lumière entrante; c'est-à-dire qu'il agit comme un écran. Le tube d'observation a un oculaire en verre à une extrémité; il peut s'agir d'un verre ordinaire ou d'une lentille optique aux propriétés grossissantes. A l'intérieur du tube, trois bandes de miroirs sont réunies pour former un triangle; les angles des miroirs affectent également la vue à travers le kaléidoscope. Typiquement, ils sont inclinés à 45° ou 60°. Lorsque la boîte à objets est tournée ou tapée, le verre ou les objets à l'intérieur bougent et culbutent librement. Lorsque le spectateur regarde à travers l'oculaire vers une source de lumière, les miroirs produisent un ordre symétrique à partir des objets qui culbutent et les multiplient six, huit fois ou plus selon les angles des miroirs.

Une variante du kaléidoscope, le téléidoscope, remplace la boîte à objets par une autre lentille qui permet au spectateur de regarder un objet distant et de le voir en multiples. D'autres variantes encore utilisent plus de miroirs. Deux miroirs ont l'avantage de produire un motif centré; plusieurs miroirs divisent et dupliquent l'image plusieurs fois. Le kaléidoscope est infiniment divertissant car les motifs et les combinaisons sont infinis et ne sont permanents que s'ils sont photographiés.

Historique

Bien que les anciens Grecs, y compris le mathématicien Ptolémée, aient envisagé les effets de la mise en butée de plusieurs miroirs, le kaléidoscope est la création d'un seul homme. David Brewster (1781-1868) est né en Écosse et a fait ses études pour devenir ministre à l'Université d'Édimbourg. Cependant, des études universitaires l'exposèrent aux merveilles de la science et il abandonna l'église pour étudier les propriétés de la lumière. Il est devenu un expert de la polarisation de la lumière (les propriétés linéaires et planes de la lumière), de la réflexion de la lumière à l'aide de métal et de l'absorption de la lumière. Pour ses découvertes scientifiques, Brewster a été élu membre de la Royal Society (la principale organisation scientifique de Grande-Bretagne) en 1815 et fait chevalier en 1831.

Brewster a inventé et breveté le kaléidoscope en 1816. Il a décrit sa structure et ses opérations dans un article scientifique de 174 pages intitulé Traité sur le kaléidoscope. Dans son traité, Brewster a calculé que 24 fragments de verre dans la boîte à objets d'un kaléidoscope pouvaient créer plus de 1,4 x 1033 vues éphémères. Il a également décrit les combinaisons de couleurs les plus efficaces pour les kaléidoscopes en fonction des propriétés de la lumière. Dans les années 1840, il a utilisé deux lentilles pour produire un effet tridimensionnel lors de la création du stéréoscope. Il était également l'un des principaux défenseurs de la lentille de Fresnel plate adoptée par les Britanniques pour les phares et a été crédité d'avoir sauvé des milliers de vies en protégeant les navires contre les naufrages. Brewster a enseigné à l'Université d'Édimbourg et à l'Université de St. Andrews en Écosse, a été l'un des premiers éditeurs de l' Encyclopedia Britannica, et publié de nombreux livres et articles scientifiques.

Après son invention en 1816, le kaléidoscope a gagné en popularité dans toute l'Europe occidentale, et le premier à apparaître aux États-Unis a été signalé en 1870. Il est devenu un jouet préféré pour les enfants mais aussi un divertissement pour les adultes dans les jeux de société comme regarder des photographies stéréoscopiques. et jouer aux charades. Les kaléidoscopes les plus célèbres, autres que les originaux de Brewster, ont été fabriqués par Charles G. Bush de Boston. Le kaléidoscope de Bush était constitué d'un tube d'observation en carton noir à bandes, un laiton roue pour faire tourner la boîte à objets et un support en bois. Ce sont les objets qui ont rendu la version de Bush unique (et un objet de collection précieux aujourd'hui). Il a utilisé 35 objets de différentes couleurs et formes, mais certains étaient remplis de liquide contenant des bulles d'air. Les bulles d'air se déplaçaient à travers le liquide même lorsque l'observateur tenait le boîtier de l'objet immobile. Bush a obtenu les brevets pour les objets remplis de liquide (ampoules), pour sa méthode d'addition et de soustraction d'objets sans démonter complètement la boîte, et pour les supports et autres accessoires de kaléidoscope.

En tant qu'outil pour les designers, le kaléidoscope produit des gammes de couleurs et de motifs utilisés pour créer des tapis, des vitraux, des bijoux, des motifs architecturaux, du papier peint, des tapisseries tissées et des idées pour les peintres. Le kaléidoscope est tombé de l'intérêt populaire au début du XXe siècle, mais il a repris vie à la fin des années 1970 lorsque de nouveaux styles et le caractère de collection des kaléidoscopes antiques ont suscité la curiosité des nouvelles générations. le kaléidoscope de Bush avec les objets remplis de liquide vendus en 1873 pour 2,00 $; les collectionneurs du début du XXIe siècle paient volontiers plus de 1 000 $.

Matières premières

Les types de matériaux qui peuvent être utilisés pour fabriquer des kaléidoscopes sont presque aussi infinis que les images produites par ses miroirs. Le tube d'observation peut être fait de papier, de carton, de plastique, d'acrylique, de bois, de plexiglas, de laiton, de cuivre, d'argent sterling et d'autres métaux et matériaux. L'embout contenant le trou d'œil est fait d'un matériau compatible avec le tube d'observation. Le trou d'œil ou judas et les deux faces du boîtier de l'objet sont généralement en plastique ou en verre. Les objets dans la boîte peuvent être des fragments de roche ou de minéraux, des pierres précieuses, des perles, des ampoules en verre ou en plastique (remplies ou non), des coquillages, des morceaux de verre, des morceaux de métal, de minuscules bibelots ou toute combinaison de ceux-ci. Les objets peuvent être choisis en fonction de leur similitude ou de leur variété de couleurs. A l'intérieur du tube, des miroirs sont indispensables pour former les images. Du ruban adhésif les maintient ensemble et une sorte de rembourrage ou de rembourrage comme du papier journal, du coton, ou la mousse de polystyrène empêche les miroirs de cliqueter contre l'intérieur du tube. Du ruban adhésif peut également être utilisé pour maintenir les embouts et la boîte à objets en place. D'autres connecteurs ou matériaux de fixation, accessoires et garnitures peuvent être fabriqués pour correspondre à l'apparence du kaléidoscope.

Conception

Le concepteur du kaléidoscope choisit la taille, les matériaux du boîtier, l'orientation des miroirs, le type d'objet boîtier ou roue rotative, et les objets pour façonner les vues. Tous ces choix affectent le prix du kaléidoscope (à produire comme à acheter) autant que le type d'images que le concepteur essaie de créer. Des kaléidoscopes miniatures pouvant être attachés à un porte-clés à des personnes aussi grandes qu'une personne ont été fabriqués. Les boîtiers peuvent être fabriqués à partir de matériaux simples comme le papier, le plastique et le bois ; de nombreuses variétés de métaux sont choisies, du laiton aux modèles en argent sterling et plaqué or. Si l'extrémité du kaléidoscope est une roue rotative, cette roue peut être constituée de pierres précieuses, de vitraux, de fines tranches d'agate et d'autres minéraux et roches, etc. Les boîtes d'objets peuvent être remplies de cristaux, de verre contenant des fils incrustés (verre laticcino), de boules, de pierres précieuses, de coquillages, d'éclats de verre ou de capsules remplies de liquide (ampoules). Les kaléidoscopes peuvent également utiliser des sources lumineuses ou des filtres lumineux autres que la lumière naturelle. Les portées électroniques, les portées à suspension d'huile, les portées à lumière polarisée et les portées de projecteur sont des exemples.

Les concepteurs peuvent avoir un style individuel, un matériau avec lequel ils préfèrent travailler, un type particulier d'image ou de vue qu'ils souhaitent créer ou des objectifs liés à la satisfaction de leurs clients. Certains sont faits pour être des cadeaux idéaux, et certains sont des créations uniques pour les collectionneurs. Encore une fois, de nombreux problèmes et idées peuvent motiver le concepteur du kaléidoscope. La designer de renommée internationale Carolyn Bennett fabrique des kaléidoscopes à partir d'acryliques. Ses tubes d'observation sont souvent carrés ou rectangulaires et ressemblent à des sculptures intéressantes de l'extérieur tout en produisant de magnifiques images à l'intérieur. Pour réduire les coûts, elle utilise des tailles de stock de plastiques et d'autres matériaux, mais la conception reflète toujours l'environnement ou le caractère du collectionneur ou du designer plutôt que la facilité de fabrication. Environ la moitié de ses créations sont conçues pour s'adapter aux couleurs et aux budgets des clients, notamment des musées et des entreprises ; ses créations conçues pour les magasins conviennent à son œil d'artiste avec une certaine considération pour les aspects techniques et la constructibilité.

Les kaléidoscopes ont généré un vocabulaire décrivant leurs capacités d'ajustement de la lumière, leurs matériaux et leur construction. Le verre dichromatique produit des couleurs différentes selon l'angle d'incidence de la lumière. Le verre flashé est un miroir composé de deux couleurs, l'une superposée à l'autre. La lunette de suspension à huile contient de l'huile dans le boîtier de l'objet ainsi que des morceaux de verre ou d'autres matériaux qui flottent dans l'huile. Le verre effondré est chauffé jusqu'à ce qu'il se plie ; des morceaux de verre effondré sont maintenus dans la boîte à objets de certains modèles. Le verre chaud est un morceau de verre qui est chauffé jusqu'à ce qu'il fonde, puis peint. Le téléidoscope (combinaison d'un télescope et d'un kaléidoscope) remplace le boîtier de l'objet par une autre lentille de sorte que l'arbre ou l'oiseau vu à travers le téléidoscope se reflète en multiples. Ces termes et bien d'autres caractérisent la variété disponible dans les kaléidoscopes.

Le processus de fabrication

Le kaléidoscope décrit dans cette section est une version simple et de nombreux documents ne sont pas détaillés. Comme le suggèrent les sections ci-dessus, le choix offert aux concepteurs de kaléidoscopes en herbe est presque sans limites; et, bien que certains kaléidoscopes (en particulier les jouets) soient produits en série, la "fabrication" d'un kaléidoscope est créative et artistique.

• 1 Le diamètre intérieur du tube détermine la taille des miroirs qui seront insérés. Le tube est sélectionné ou fabriqué et le cercle intérieur est dessiné sur un morceau de papier. Une boussole est utilisée pour diviser le cercle en deux et le subdiviser en six parties égales pour mesurer et planifier un système de trois miroirs formant un triangle équilatéral (un triangle avec des côtés de même longueur et des angles internes qui sont tous de 60°). En reliant un point sur deux sur les six subdivisions du cercle, le contour des trois miroirs peut être dessiné et la largeur des miroirs est mesurée. Environ 0,13-0,25 po (0,32-0,64 cm) est soustrait de la largeur de chaque miroir pour tenir compte de l'épaisseur du miroir. Trois pièces sont utilisées pour créer une image claire, bien que le fabricant puisse choisir de nombreuses autres configurations. Les longueurs du miroir sont égales à la longueur du tube moins l'espace à l'extrémité du tube pour la chambre de l'objet. De l'ordre de 0,5 litre (1,27 à 2,54 cm) devrait être autorisé pour un kaléidoscope de base à main.
• 2 Le fabricant de kaléidoscope peut découper ses propres miroirs ou les faire découper dans un magasin de verre. Le miroir de première surface avec l'argenture sur la surface est généralement choisi. Ensuite, les miroirs sont collés ensemble pour s'adapter à l'intérieur du tube d'observation. Cela se fait en assemblant les miroirs avec une main imitant le tube et avec l'autre libre pour scotcher. Les miroirs sont alignés de sorte que le bord d'un miroir repose sur la surface ou la face du miroir adjacent, qui à son tour a son bord assis sur la face du troisième. Si les miroirs sont connectés bord à bord plutôt que bord à face, l'image sera asymétrique. Avec les trois miroirs maintenus ensemble, le ruban est enroulé autour de l'extérieur en spirale.
• 3 L'embout avec le trou d'oeil est réalisé en découpant un cercle aussi grand que le diamètre extérieur du tube d'observation à partir d'un matériau qui correspond ou est compatible avec le matériau formant le tube. Un cercle concentrique et plus petit est découpé dans le capuchon d'extrémité et un morceau de plastique est scotché ou collé pour le maintenir sur l'ouverture à l'intérieur du capuchon. Ce trou peut être laissé à découvert, mais un revêtement transparent est une bonne mesure de sécurité pour empêcher tout objet de la boîte ou de l'intérieur du tube de tomber dans l'œil du spectateur. L'acrylique, le mylar, l'acétate ou une lentille optique peuvent être utilisés pour le judas. L'embout peut ensuite être soigneusement collé ou scotché à l'extrémité du tube; dans des conceptions plus élaborées, ceux-ci sont formellement transformés en raccords qui peuvent être vissés ou spécialement montés sur le tube.
• 4 Avec l'extrémité de visualisation maintenant fermée, le fabricant glisse l'ensemble de miroirs assemblé dans le tube. Si le triangle des miroirs vibre Les angles différents des miroirs créent différentes vues à travers le kaléidoscope. dans le tube, il est retiré et du papier, du tissu ou un autre matériau de protection est enroulé autour de l'extérieur des miroirs jusqu'à ce qu'ils soient bien ajustés. Du « pop-corn » en polystyrène en plastique ou des morceaux de papier peuvent être poussés le long des miroirs pour les fixer, mais ils sont susceptibles d'être décentrés, ce qui, encore une fois, faussera l'image. Les miroirs sont enfoncés pour venir en butée contre le capuchon d'extrémité et pour laisser de l'espace à l'autre extrémité du tube pour la boîte à objets.
• 5 Le dessin du diamètre intérieur du tube qui était fait auparavant va maintenant être utilisé pour fabriquer des pièces en plastique pour les deux extrémités de la boîte à objets. Un cercle de plastique transparent est découpé et inséré dans le tube pour s'adapter aux extrémités des miroirs; il doit s'adapter de manière à être perpendiculaire aux parois du tube. La distance entre ce morceau de plastique et l'extrémité ouverte du tube est l'épaisseur de la chambre. Après avoir mesuré cette épaisseur, le fabricant coupe un morceau de carton aussi large que l'épaisseur de la chambre et aussi long que la circonférence intérieure du tube. Le fabricant ramollit le carton en le travaillant entre les doigts afin qu'il puisse être enroulé autour de l'intérieur du tube. Il doit être testé pour s'adapter parfaitement, puis retiré, collé et apposé dans le tube. Cette pièce en carton maintient l'extrémité intérieure en plastique de la boîte à objets en place et comble également les lacunes de cette pièce en plastique afin qu'elles ne soient pas visibles. Le cercle extérieur en plastique est ensuite découpé. Cela peut également être fait de plastique transparent ou il peut être poncé pour rendre la surface translucide. S'il est laissé clair ou transparent, une partie du monde extérieur apparaîtra à travers le boîtier de l'objet. Une finition translucide brouillera la lumière entrante (et son image) afin que les perles intérieures soient les objets mis au point.
• 6 Le fabricant de kaléidoscope peut maintenant commencer à ajouter des perles ou d'autres matériaux au boîtier de l'objet. Comme le suggèrent les descriptions ci-dessus, presque tous les objets colorés peuvent être choisis comme objets. Le fabricant ajoute des perles ou des objets à l'étui et regarde à travers l'extrémité de visualisation pour vérifier l'équilibre des couleurs. Lorsque la bonne combinaison d'objets est sélectionnée, le cercle d'extrémité dépoli est scotché ou collé en place. Pour ce simple kaléidoscope, le boîtier de l'objet n'est pas tordu par rapport au tube d'observation. Au lieu de cela, le tube entier est tourné pour changer les images.

Sous-produits/Déchets

La fabrication de kaléidoscopes génère peu de déchets. Les versions fabriquées sont fabriquées selon des spécifications strictes, de sorte que les tubes et les miroirs sont coupés selon ces normes. Certains matériaux (notamment les plastiques) peuvent être rebroyés s'ils sont défectueux et recyclés. Un certain gaspillage se produit dans les perles et les articles utilisés pour les boîtiers d'objets. Une entreprise comme C. Bennett Scopes, Inc., apporte des perles de rechange aux écoles pour les utiliser dans des projets artistiques. La majorité des déchets d'une usine de kaléidoscope provient de cartons d'emballage également recyclés.

Contrôle qualité

La sécurité des employés est un enjeu crucial. Si des plastiques ou des acryliques sont utilisés, des solvants acryliques sont nécessaires et une ventilation adéquate doit être fournie autour de chaque travailleur conformément aux réglementations de l'Occupational Health and Safety Administration (OSHA) et de l'Environmental Protection Agency (EPA), deux agences fédérales. D'autres problèmes de sécurité concernent la mécanique de l'équipement ; les scies à ruban peuvent être utilisées en particulier pour couper des pièces pour des prototypes, et une soudeuse sonique qui est bruyante et est utilisée pour sceller les chambres à liquide est actionnée à l'intérieur d'une boîte isolante. Le plastique et les longueurs de miroir ont des bords tranchants, et il faut être prudent lors de leur manipulation.

Les réglementations concernant la qualité des miroirs et des verres sont également vérifiées. La lentille doit être solidement fixée pour garantir qu'aucun objet ne puisse tomber dans l'œil. De plus, les éclats ou les fissures dans les miroirs doivent être remplacés par de nouveaux matériaux. La boîte à objets est également vérifiée pour s'assurer que les ampoules ne fuient pas.

Le futur

Au début des années 1970, les kaléidoscopes ont connu un regain d'intérêt qui a ensuite connu des pics et des vallées plus petits au cours des 30 années suivantes. Au XXIe siècle, les kaléidoscopes semblent avoir un public bien établi en tant que forme d'art, cadeaux potentiels et objets de curiosité pour les enfants de tous âges. Les conventions organisées par la Brewster Society sont une excellente mesure du bien-être du kaléidoscope; plus de 30 magasins, dans des pays comme le Japon et la Suisse, et des centaines de fabricants et d'aficionados se réunissent chaque année pour soutenir l'invention de Sir David Brewster et échanger des idées. Les membres de la société, comme d'autres amateurs et passionnés, croient fermement aux variations infinies possibles dans le kaléidoscope qu'ils appellent « bonbon pour les yeux ».