ㄧ、光的研究與牛頓盤原理
1. 光研究的演進
光的顏色理論，從亞里斯多德到笛卡兒都認為白光純潔均勻，乃是光的本色。“色光乃是白光的變種 “，是當時人們對於光顏色的認知。色彩的研究，在中國可遠溯至公元1116年，北宋藥學家寇宗奭發現，日光經過稜形的石英晶體，所折射散發出，會有各種色光。這就是現今攝影學理上所謂的「色散現象」。(孟博，2005)。
然而集物理學家、天文學家和數學家，經典力學體系於一身的科學家牛頓（Isaac Newton，1643～1727），其於1740年所著作的《光學》一書，探討了“關於光的反射、折射、拐折和顏色的論文”，推翻了光顏色的組成概念。
《光學》書中第一篇是幾何光學和顏色理論（棱鏡光譜實驗），牛頓指出“從1663年起，開始磨製透鏡和自製望遠鏡“。在他送交皇家學會的信中報告說：“我在1666年初做了一個三角形的玻璃棱鏡，以便試驗那著名的顏色現象。為此，我弄暗我的房間……”接著詳細敍述了他開小孔、引陽光進行的棱鏡色散實驗。
牛頓做的實驗，是在棱鏡所形成的彩色帶中通過螢幕上的小孔取出單色光，再投射到第二棱鏡後，得出核色光的折射率（當時叫“折射程度”），這樣就得出“白光本身是由折射程度不同的各種彩色光所組成的非勻勻的混合體”。這個驚人的結論推翻了前人的學說，是牛頓細緻觀察和多項反復實驗與思考的結果，同時也推翻了過去人們所說，光的的五色組成，而是在紅、黃、綠、藍、紫色之間還有橙、靛青等中間色共七色。
公元1801年，英國物理學家湯姆斯 楊格（Thomas Young 777–1829）發表他的「色彩」研究說：人們的眼睛可以有紅光、綠光、紫光三種視覺神經的「色感」感覺。進一步，更宣稱自然界皆因有紅、綠、紫此三種基本的色彩的「混合」，才能讓我們感覺到許許多多，所有的不同顏色。
公元1860年，英國麥斯威爾（Maxwell 1831–1879）研究彩色底片，率先採用三原色之紅，綠，藍分別攝影，再重疊放影之方式，成現彩色影像。這是色彩加色法（Additive Process），此法引發現今彩色電視機（Color Television）能顯示出彩色的原理。從此，引發世界攝影由黑白走入彩色的開始。也就是人們所稱謂「彩色攝影時代」的崛起(孟博，2005)。
2. 牛頓“七色板”印證光組成
牛頓為了說明日光的成分而製作的設備，是用來表示顏色混合效果的圓盤。圓板為七等分扇形，依次涂有紅、橙、黃、綠、青、靛、紫七種顏色。將圓板迅速繞軸轉動，可見到圓板呈白色，說明日光是由以上七種色光合成的。這主要原理是利用人眼的視覺暫留效應，視網膜上將產生七種顏色的混合，得到白色的視覺效果。牛頓這個模型是人們尋找顏色合成規律的最初嘗試。
現今若以電磁波譜分析，人眼的可見光波之波長， 約在380nm ～760nm （ 1nm ＝ 10-9m ）之間，其顏色分別為 380nm ～ 430nm 紫色、430nm ～485nm 藍色、 485nm ～ 570nm 黃色、585nm ～ 610nm 橙色、610 ～ 760nm紅色，更準確描述了牛頓當年發現人眼可見的各種色光，其組成的不同頻率範圍。 http://www.ihwa.com.tw/color.htm
3.加色法的印證
奠基於牛頓發現的光線組成原理，人眼所見的各種色彩是因為包含不同波長的色光所造成的，經過實驗發現，人類肉眼對其中三種波長的感受特別強烈，也就是紅(red)，綠(green)，藍(blue)只要適當調整這三種光線的強度，就可以讓人類感受到『幾乎』所有的顏色，這也就是「加色法」的原理。依Young -Helmholtz 之假說， 視覺感觀存在三種基本之色感受視神經，經光傳至視神經，刺激腦部而產生色的感覺，而這三種分光要素是紅、綠、藍的感受作用(chef，2007)。加色法除了學理上的印證，目前市面上彩色電視機、螢幕都具備產生這三種基本光線的發光裝置。因為這三種光線的混合幾乎可以表示出所有的顏色，因此以電腦為例，裡頭就用RGB三個數值的大小來標示顏色，每個顏色用8bit來記錄，可以有0~255，共256種亮度的變化，三種乘起來就有一千六百多萬種變化，這也是我們常聽到的24 bit全彩。
二、牛頓盤原理應用
1.攝影底片
牛頓盤印證了光的組成與混光效果，之後歷史上循著其研究結果發展應用成果包括了底片、螢幕。
公元1869年，法國科學家迪克奧隆（Ducos Hauron）提出，依畫家將紅、黃、藍三種基本顏料，按不同比例作調和，而製作出彩色照片，彩色攝影照相有了突破。
公元1873年底，德國柏林工科大學教授佛克爾（H.W.Vogel 1834–1898）將火棉膠感光版，浸在苯銨液後，就能感受綠色光，試驗一發表，鼓動了科學家們，尋找其他色彩的感光增添劑。攝影軟片，最早僅能感應藍色光，再改善可感應紫色光，公元1874年，已可感應黃色光，到公元1881年，更進步可以感應到紅色光。底片到此，已可以對紅、橙、黃、綠、藍、紫等色光有了「色感」，不過，照片的繽紛明麗程度，需要加予改善。
公元1888年，發明家愛迪生（Edison Thomas Alva 1847–1931）製造有史來第一部電影攝影機器（Kinetograph）。長達50呎的軟片上，連續已拍攝有600幅畫面影像，放影在一大箱內，有一個看孔，供一人可以看到約一分鐘的景物，也就是在中國稱之謂「看西洋片」。
公元1889年，愛迪生與伊斯曼合作，建立今後的電影及照相機，膠片的格式與邊絞孔距，開啟製造攝影器材全世界「標準化」的開端。
公元1891年，法國物理學家李普斯（Lippmann Gabriel 1845–1921）公布不用染料，新穎的彩色攝影方法，以科學方法製作出「彩色攝影感光版」，在公元1908年榮獲諾貝爾獎。他利用科技在一張全色感光乳劑上，加層反光汞，使光影通過感光乳劑，再反映回來與射入光影「干涉」成潛影，其潛影會接受，各色彩有不同影像，觀看時很明顯，鮮豔真實。可是，因李普斯方法製出的彩色底片過程很複雜，不能重複印製，又需很長時間的曝光，所以不能夠普及。
公元1894年2月，愛迪生首建世界上第一座電影拍攝廠棚，拍攝第一部影片運囚車（Black Maria），接著「看西洋片」風靡於世。
公元1895年，2月28日，魯氏兄弟發明了比同時在美國，愛迪生已發明的，更進步的電影攝影機及放影機，其在攝影，沖印，放影上皆大為新進。因為，他將影像放映在一大白布幕上，可供很多人一齊觀賞。也就是該日被定為「世界電影日」的由來。第二年，在巴黎市放影讓人觀賞，影片名：魯米埃工廠的大門。這是被當時全世界認定的有史以來第一部「電影」。繼續又推出近五十部，攝影法國人民，日常生活的記錄電影。就此，電影在世上興盛風光開來，電影變成人們生活的一部份。
公元1904年，法國魯米埃兄弟（Lumiere August and Louis 1862.1864–1954.1948）發明出真正彩色底片。
公元1913年，意大利片「火山」，首次在影片上讓人們見到「藍色」天際中，維蘇威火山爆發出「洋紅」色火燄。公元1928年，開始有聲電影出現。公元1935年，開始有彩色電影供應市場。
魯米埃兄弟，發明出的彩色玻璃底片，是在感光版上塗上紅綠紫澱粉極細微粒子，附上全彩色（紅、綠、藍）乳劑薄層，發生彩色濾光作用，顯影後為負片，再曝光沖出相片。此底片製造過程也需一兩日，但是，可以工廠來大量生產，彩色攝影也就開始普及。
2.CRT (Cathode Ray Tube)螢幕
自然界所有顔色都是都是由不同波長的光所組合而成，若透過反向方法，將色彩產生原理應用產生人工顏色光線於顯示器上，同樣也是『加色法』的應用，亦即，混合主要三種顔色：紅、綠、藍 (Red、Green、Blue) 即可產生白光，欲產生其他顏色，也只需要將三種光依比例重疊即可。
映像管在1897年，由德國科學家所發明，原理為使用高壓電迫使電子在真空管中游離，並且可以加速撞擊電子到指定的位置。換句話說，位在螢光幕後端是電子束發射裝置，高壓線圈驅動電子槍將電子打在螢幕玻璃上，加上真空的空腔避免了放射電子受到空氣粒子的阻礙，可以準確的在螢幕玻璃上投影，而彩色 CRT 具有紅、綠色和藍色三支電子槍，三支電子槍同時發射電子打在螢幕玻璃上磷化物上來顯示顏色。這些磷化物受電子的激化因而發色，產生色點，大量的色點組合就形成了我們所看到的畫面。
3. LCD(Liquid Crystal Display)螢幕
發明於1960年，經過不斷改良，到1991年才成功商業化，開始應用在筆記型電腦面板，現在電腦螢幕、電視，都已廣泛使用TFT-LCD技術。它是用液晶材料來顯像，液晶顯示器，也就是俗稱的LCD(LiquidCrystal Display)螢幕，液晶板的主要材料就是「液晶」液晶這個東西，它的物理化學性質有點像冰塊，它具備液態流體的流動特性與固態晶體的光學特性，簡單來說，而當液晶受到電壓的影響，液晶便會改變它的物理性質而產生形變，於是乎所折射出光線的角度就會不同，進而產生色彩的變化
TFT-LCD面板可視為兩片玻璃基板中間夾著一層液晶，上層的玻璃基板是與彩色濾光片、下層的玻璃則有電晶體鑲嵌於上。當電流通過電晶體產生電場變化，造成液晶分子偏轉，就會改變光線的偏極性，再利用偏光片決定畫素明暗狀態。
此外，上層玻璃因與彩色濾光片貼合，形成每個畫素各包含紅、藍、綠三顏色，這些發出紅藍綠色彩的畫素，便構成了面板上的影像 (奇美電子)。
4.電漿電視(Plasma Display Panel)
電漿顯示器發光原理與日光燈發光原理相同，都是在真空玻璃中注入惰性氣體或水銀氣體，經高電壓控制，會使氣體產生電漿效應放出紫外線，照射到塗布在玻璃管壁表面上的螢光粉時，螢光粉就會被激發出可見光。可見光的顏色則由螢光粉種類所決定。
電漿顯示器可想像成有數十萬個以上被縮小化的螢光燈聚集在一起放電，每一個放電空間稱為一個cell，在這些放電空間中會封入氖（Ne）與氙（Xe）或氦（He）等惰性混合氣體若是彩色電漿顯示器則螢光粉的種類必須包括可發出紅、藍、綠三原色光的螢光粉。當加電壓於放電cell就引起放電，就會產生三原色的可見光，再配合驅動電路設計與影像訊號處理，則可產生各式各樣的顏色，形成彩色畫面(奇美電子)
參考文獻:
1.孟博(2005)。世界攝影歷史（七）第二章 攝影器材的發明 第五節 彩色攝影的演進。數位攝影坊。http://old.photosharp.com.tw/photo123/history-14.htm
2. Digitimes 大緣股份有限公司網頁。
3. 奇美電子股份有限公司網頁http://www.cmo.com.tw/cmo/t-chinese/index.jsp
沒有留言:
張貼留言