Camera Obscura. Modular Pinhole camera. Modułowa Kamera otworkowa

Introducing the science model/school resource: Camera Obscura. An optical device already known in ancient Greece, used in astronomy, art and photography. The light reflected from the observed object enters through the "lens" and is displayed on the screen, reversed by 180 degrees. This is the simplest camera.

The attached files allow you to print the model in full scale and a simplified one, reduced to 50%. The material must be black and opaque. Both models have a retractable front part (in the range 0-4), allowing you to observe the effects of changing the focal length, the so-called zoom. We install interchangeable "lenses" with holes of various sizes on this part. The full-size version also has a lens with an adjustable strip aperture from 1 to 12 mm. Thanks to the different holes, you can see what effect the aperture has on the sharpness and brightness of the image. The smaller the hole, the sharper the image, but the darker it is. As the aperture increases, sharpness decreases but brightness increases. A sun visor can be mounted on the 100% scale body to improve observation. In both versions, the screen is made of white technical paper, attached to the body using a frame. 
TIP: According to ancient chroniclers, moistening tracing paper with fat (oil, silicone grease) makes it more transparent :-). You can also try printing a screen with white filament.

Camera Obscura displays a soft, blurry image (don't count on super sharp "photos" here). It also needs a well-lit object (especially the miniature version). It allows you to learn the basic laws of optics and photography.
3D printing gives some design limitations to the lens here. The best results are achieved with a lens with a hole made in a very thin material, then the distortions resulting from diffraction are the smallest and the image is the sharpest. The smallest print layer for Prusa MK4 is 0.2 mm. Unfortunately, with such a layer, it sometimes happens that the material "sees through". Hence the adopted thickness of 2 mm, at which the lens is durable, black and noise is acceptable. However, it is worth experimenting. You can stick e.g. aluminum foil with a hole made with a needle on a lens with a large hole. Or even install a concave-convex lens. The model gives a lot of opportunities to play and experiment. Have fun!

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!