Caleidoscoop
Meervoudige reflectie door twee of meer spiegelende oppervlakken is al bekend sinds de oudheid en werd als zodanig beschreven door Giambattista della Porta in zijn Magia Naturalis (1558-1589). In 1646 beschreef Athanasius Kircher een experiment met een constructie van twee spiegels, die als een boek konden worden geopend en gesloten en in verschillende hoeken konden worden geplaatst, waarbij regelmatige veelhoekige figuren werden getoond, bestaande uit gereflecteerde aliquote sectoren van 360°. Bradley’s New Improvements in Planting and Gardening (1717) beschreef een soortgelijke constructie die op geometrische tekeningen kon worden geplaatst om een beeld met meervoudige reflectie te tonen. Een optimale configuratie die de volledige effecten van de caleidoscoop teweegbrengt, werd echter niet vóór 1815 vastgelegd.
Media afspelen
In 1814 voerde Sir David Brewster experimenten uit met lichtpolarisatie door opeenvolgende reflecties tussen glasplaten en merkte voor het eerst “de cirkelvormige rangschikking van de beelden van een kaars rond een middelpunt, en de vermenigvuldiging van de sectoren die worden gevormd door de uiteinden van de glasplaten” op. Hij vergat het, maar merkte een meer indrukwekkende versie van het effect op tijdens verdere experimenten in februari 1815. Enige tijd later was hij onder de indruk van de vermenigvuldigde weerkaatsing van een stukje cement dat aan het uiteinde van een driehoekige glazen trog was doorgedrukt en dat regelmatiger en bijna volmaakt symmetrisch leek in vergelijking met de weerkaatste voorwerpen die zich bij eerdere experimenten verder van de weerkaatsende platen hadden bevonden. Dit gaf aanleiding tot meer experimenten om de voorwaarden te vinden voor de mooiste en meest symmetrisch perfecte omstandigheden. Een vroege versie had stukjes gekleurd glas en andere onregelmatige voorwerpen die permanent waren bevestigd en werd bewonderd door sommige leden van de Royal Society of Edinburgh, waaronder Sir George Mackenzie die de populariteit ervan voorspelde. Er volgde een versie waarin sommige voorwerpen en stukjes glas konden bewegen wanneer de buis werd gedraaid. De laatste stap, die door Brewster als de belangrijkste werd beschouwd, was het plaatsen van de reflecterende ruiten in een trekbuis met een holle lens om omringende voorwerpen duidelijk in het gereflecteerde patroon in te voeren.
Brewster achtte zijn instrument van grote waarde voor “alle sierkunsten” als een apparaat dat een “oneindigheid van patronen” creëert. Kunstenaars konden de geproduceerde figuren van de caleidoscoop nauwkeurig afbakenen met behulp van de zonnemicroscoop (een soort camera obscura apparaat), de toverlantaarn of de camera lucida. Brewster geloofde dat het tegelijkertijd een populair instrument zou worden “voor de doeleinden van rationeel amusement”. Hij besloot een patent aan te vragen. Het Britse octrooi nr. 4136 “voor een nieuw optisch instrument, genaamd “de caleidoscoop” voor het vertonen en creëren van prachtige vormen en patronen die van groot nut zijn bij alle decoratieve kunsten” werd verleend in juli 1817. Helaas had de fabrikant die oorspronkelijk met de productie was belast, een van de gepatenteerde instrumenten aan een aantal Londense opticiens laten zien om te zien of hij bij hen bestellingen kon krijgen. Al snel werd het instrument gekopieerd en op de markt gebracht voordat de fabrikant een aantal caleidoscopen voor de verkoop had klaargemaakt. Naar schatting werden in Londen en Parijs in slechts drie maanden tweehonderdduizend caleidoscopen verkocht. Brewster dacht dat hoogstens duizend daarvan geautoriseerde kopieën waren die correct waren geconstrueerd, terwijl het merendeel van de anderen geen juiste indruk gaf van zijn uitvinding. Omdat zo betrekkelijk weinig mensen een goede caleidoscoop hadden ervaren of wisten hoe deze voor de sierkunst moest worden toegepast, besloot hij een verhandeling over de principes en de juiste constructie van de caleidoscoop in de openbaarheid te brengen.
Het octrooi zou voor een rechtbank worden gereduceerd, omdat de principes ervan al bekend zouden zijn. Brewster verklaarde dat de caleidoscoop anders was omdat de bijzondere posities van het voorwerp en van het oog, een zeer belangrijke rol speelden bij het produceren van de prachtige symmetrische vormen. Brewsters mening werd gedeeld door verschillende wetenschappers, waaronder James Watt.
Philip Carpenter probeerde aanvankelijk zijn eigen imitatie van de caleidoscoop te vervaardigen, maar was niet tevreden met de resultaten. Hij besloot zijn diensten aan Brewster aan te bieden als fabrikant. Brewster stemde toe en Carpenter’s modellen kregen het stempel “enige fabrikant”. Toen Brewster zich realiseerde dat het bedrijf niet aan de vraag kon voldoen, kreeg hij in 1818 toestemming van Carpenter om het apparaat door andere fabrikanten te laten maken. In zijn “Treatise on the Kaleidoscope” uit 1819 noemde Brewster meer dan een dozijn fabrikanten/verkopers van patent-kaleidoscopen. Carpenter’s bedrijf zou nog 60 jaar lang caleidoscopen blijven verkopen. H.M. Quackenbush Co. gevestigd in de staat New York in de Verenigde Staten was een andere erkende fabrikant.
In 1987 ontwierp en bouwde de caleidoscoop-kunstenares Thea Marshall, in samenwerking met het Willamette Science and Technology Center, een wetenschapsmuseum in Eugene, Oregon, een 1.000 vierkante meter grote reizende wiskundige en wetenschappelijke tentoonstelling, “Kaleidoscopes: Reflecties van Wetenschap en Kunst”. Met financiering van de National Science Foundation, en verspreid onder de auspiciën van de Smithsonian Institution Traveling Exhibition Service (SITES), verscheen de tentoonstelling in 15 wetenschapsmusea gedurende een periode van drie jaar, en bereikte meer dan een miljoen bezoekers in de Verenigde Staten en Canada. Interactieve tentoonstellingsmodules stelden bezoekers in staat de werking van caleidoscopen beter te begrijpen en te waarderen.