Camera Obscura – Pinhole camera modular (Kamera otworkowa modułowa)

Giới thiệu mô hình khoa học/đồ dùng dạy học: Camera Obscura. Đây là một thiết bị quang học đã được biết từ thời Hy Lạp cổ đại, dùng trong thiên văn học, nghệ thuật và nhiếp ảnh. Ánh sáng phản xạ từ vật quan sát đi vào qua “ống kính” và hiển thị lên màn hình, bị lật ngược 180 độ. Đây là chiếc máy ảnh đơn giản nhất.

Các file đính kèm cho phép bạn in mô hình ở kích thước full scale và một bản đơn giản hơn, thu nhỏ còn 50%. Vật liệu cần phải màu đen và không xuyên sáng. Cả hai phiên bản đều có phần trước dạng kéo thụt (trong khoảng 0–4), giúp quan sát hiệu ứng khi thay đổi tiêu cự, hay còn gọi là zoom. Trên phần này, mình gắn các “ống kính” thay thế có lỗ với nhiều kích thước khác nhau. Bản full-size còn có thêm một ống kính với khẩu độ dạng khe điều chỉnh từ 1 đến 12 mm. Nhờ các kích cỡ lỗ khác nhau, bạn sẽ thấy khẩu độ ảnh hưởng thế nào đến độ nét và độ sáng của ảnh. Lỗ càng nhỏ thì ảnh càng nét nhưng tối hơn. Khi tăng khẩu độ, độ nét giảm nhưng độ sáng tăng. Có thể gắn thêm tấm che nắng lên thân bản 100% để quan sát rõ hơn. Ở cả hai phiên bản, màn hình dùng giấy can kỹ thuật màu trắng, cố định vào thân bằng một khung. TIP: Theo ghi chép của người xưa, làm ẩm giấy can bằng chất béo (dầu, mỡ silicone) sẽ giúp nó trong hơn :-). Bạn cũng có thể thử in màn hình bằng filament màu trắng.

Camera Obscura cho ra hình ảnh mềm, hơi nhòe (đừng kỳ vọng “ảnh” siêu nét ở đây). Nó cũng cần vật thể được chiếu sáng tốt (đặc biệt là bản mini). Bù lại, mô hình giúp bạn học các quy luật cơ bản của quang học và nhiếp ảnh. 3D printing cũng tạo ra vài giới hạn về thiết kế “ống kính” trong trường hợp này. Kết quả tốt nhất đạt được khi lỗ được tạo trên một vật liệu thật mỏng; khi đó méo do nhiễu xạ là nhỏ nhất và ảnh sắc nét nhất. Với Prusa MK4, layer nhỏ nhất là 0.2 mm. Nhưng với layer mỏng như vậy đôi khi vật liệu bị “xuyên sáng”. Vì vậy chọn độ dày 2 mm để ống kính bền, đen, và mức nhiễu chấp nhận được. Dù vậy, vẫn rất đáng để thử nghiệm. Bạn có thể dán ví dụ như giấy nhôm (aluminum foil) có đục lỗ bằng kim lên một ống kính có lỗ lớn. Hoặc thậm chí lắp một thấu kính lõm–lồi. Mô hình này cho rất nhiều cơ hội để chơi và làm thí nghiệm. Chúc bạn chơi vui!

Przedstawiam model naukowy / pomoc szkolną: Camera Obscura. Znany już w starożytnej Grecji przyrząd optyczny, używany w astronomii, sztuce i fotografii. Światło, odbite od obserwowanego przedmiotu wpada przez „obiektyw”, i wyświetla się na ekranie, ulegają odwróceniu o 180 stopni. Jest to najprostszy aparat fotograficzny.

Załączone pliki pozwalają na wydruk modelu w pełnej skali oraz uproszczonej, zmniejszonej do 50%. Materiał musi być czarny i nieprzezroczysty. Obydwa modele posiadają wysuwaną przednią część (w zakresie 0-4), pozwalającą zaobserwować skutki zmiany ogniskowej, tzw. zoom. Na tę część montujemy wymienne „obiektywy” z różnej wielkości otworami. Wersja pełnowymiarowa posiada także obiektyw z regulowaną przysłoną paskową od 1 do 12mm. Dzięki różnym otworom widać jaki wpływ na ostrość i jasność obrazu ma przysłona. Im mniejszy otwór, tym obraz ostrzejszy, ale za to ciemniejszy. Wraz ze wzrostem otworu przysłony spada ostrość ale wzrasta jasność. Na korpusie w skali 100% można zamontować osłonę przeciwsłoneczną, która polepsza obserwację. W obydwu wersjach za ekran służy biała kalka techniczna, mocowana do korpusu za pomocą ramki. 
TIP: Jak podają starożytni kronikarze, zwilżenie kalki tłuszczem (olej, smar silikonowy) powoduje, że ma ona lepszą przejrzystość :-). Można także spróbować wydrukować ekran z białego filamentu.

Camera Obscura wyświetla miękki, rozmyty obraz (nie liczmy tu na super ostre „zdjęcia”). Potrzebuje także dobrze oświetlonego obiektu (zwłaszcza miniaturowa wersja). Pozwala za to zapoznać się z podstawowymi prawami optyki i fotografii.

Druk 3d daje tutaj pewne ograniczenia konstrukcyjne obiektywu. Najlepsze efekty daje obiektyw z otworem wykonanym w bardzo cienkim materiale, wtedy zniekształcenia wynikające z dyfrakcji są najmniejsze, a obraz najostrzejszy. Najmniejsza warstwa druku to, dla Prusa MK4 0,2mm. Niestety przy takiej warstwie zdarza się, że materiał „prześwituje”. Stąd przyjęta grubość 2mm, przy której obiektyw jest wytrzymały, czarny, a zakłócenia akceptowalne. Warto jednak poeksperymentować. Można na obiektyw z dużym otworem nakleić np. folię aluminiową z otworkiem wykonanym igłą. A nawet zamontować soczewkę wklęsło – wypukłą. Model daje bardzo dużo możliwości do zabawy i eksperymentowania. Miłej zabawy!