#2.2.1 从魔法灯笼到投影设备（17-19世纪）

幻灯是动画和电影技术发展的重要里程碑，虽不是最早的动画投影设备，但它带来了最早的使用镜头投影的、可“换片”的动画。

幻灯机是在暗箱和小孔成像的基础上发展出来的，它诞生于17世纪中叶，通常用于教育和娱乐目的，主要构件包括主体机身、光学透镜、光源、幻灯片等。幻灯的名字源于前文提及的“魔法灯笼”，两者在欧洲的主要语言中基本使用同一术语，且都是一种投影设备，加上17世纪中叶有多位发明家同时在进行相关研究，并发明了各自的“幻灯”，导致学界至今仍在辩论幻灯的真正发明者。但人类的科技文明演进本就复杂，每一个新的发明都有赖于众多前人积累的探索成果，正如科学家艾萨克·牛顿的墓志铭所写，“如果我能看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。”

对于动画技术来说，重要的是幻灯机出现了，且在17世纪便投影了“动画”，随着幻灯机的改进，最终迎来19世纪末世界上第一台公认的动画放映机。

虽然用幻灯投影动画这一概念，在幻灯发明之初便存在，但本节将仅关注幻灯机自身的发明和早期发展，而“幻灯动画”有关的内容将放在下一章中一并讨论。

17世纪

有趣的是，几乎所有和幻灯之诞生有关系的人，或多或少都与荷兰物理学、天文学和数学家克里斯蒂安·惠更（Christiaan Huygens，1629-1695）斯有所交集。

• 1622年，惠更斯从德雷尔那里得到过一个盒式暗箱，并对此很感兴趣，也很可能从德雷尔那里学习了玻璃研磨技。
  • 德雷尔精于镜头研磨技术，与惠更斯的父亲康斯坦丁·惠更斯（Constantijn Huygens，1596-1687）相识。

• 约1640年，奥格斯堡的乐器制作人约翰·威塞尔（Johann Wiesel）制作了一款灯笼，与后来的“格里恩德尔型”幻灯设计有很多相似之处，虽没有确凿证据证明那就是幻灯机，但其继承者在1674年提供了来自同一作坊、被认为是在威塞尔去世后按照原设计继续创作的各种幻灯。而惠更斯也研究过威塞尔的透镜制造技术和仪器样品。
  • Rossell D. 德国神灯的起源: 媒体史上技术使用和误用的一个例子[EB/OL]. (2004). [2022-8-5]. https://www.academia.edu/20378426

• 1640-1644年，德国博学者基歇尔（Athanasius Kircher，1601-1680）被认为在1640-1644年之间展示过一种投影技术，使用蜡烛作为光源并投射到屏幕上。他在《伟大的光影艺术》中提及一种“隐写镜”，以阳光为光源、使用透镜的原始投影系统，并表示这种设备在尺寸、距离和清晰度方面均有局限性，希望有人能找到改善方法；还提及一种有多个图像围绕在滚筒上，能投影出不同图像的“变形镜”投影系统。
  • Kircher A.  伟大的光影艺术[M]. 罗马:切姆斯, 1646: 901, 912.

• 约1655年，基歇尔的学生，“西方汉学之父”马蒂诺·马提尼（Martino Martini，1614-1661）从中国传教返回，随后开始在欧洲的巡回讲座，与安德烈·塔克奎一起使用所谓基歇尔的幻灯和玻璃幻灯片，来讲述其中国之旅，但也有说马提尼使用的可能是从中国进口的幻灯。惠更斯和塔克奎是朋友，因此有可能从塔克奎处接触到基歇尔的投影设备并加以改进。

• 1659年，惠更斯在给他兄弟写的信中明确描述到一种设备，以及一些幻灯片手稿，上面用法语写着“通过带灯的凸透镜来表达”。
  • Huygens C. 全集. 第二十二卷. 信件补充.变化.传.销售目录[EB/OL]. 沃尔夫冈(Volgraff J)编. [2022-8-10]. https://www.dbnl.org/tekst/huyg003oeuv22_01/huyg003oeuv22_01_0093.php

• 1660年代，幻灯开始作为产品销售。
• 瑞典数学家托马斯·沃尔根斯滕在巴黎、里昂、罗马和哥本哈根展示并销售幻灯，自1661年开始和惠更斯通信的伦敦光学仪器制造商理查德·里夫也有售卖幻灯。

• 1664年，法国工程师皮埃尔·佩蒂特写信给惠更斯询问关于幻灯的制作规范，因为他正在试图制造一个幻灯，在光源后面有一面凹面镜，可让更多光线通过透镜，产生比他见过的任何一盏灯都要强的亮度，这封信也包含了一个现存最早的幻灯草图。
  • Petit P. 全集. 第四卷. 通讯1662-1663[EB/OL]. 汉(Haan D B)编. [2022-8-10]. https://www.dbnl.org/tekst/huyg003oeuv04_01/huyg003oeuv04_01_0132.php

图2-6：已知最早的幻灯草图 （佩蒂特，1664）

• 1667年，基歇尔在《中国图说》（China Illustrata）中提及一种“光影戏箱”（Ludus Opticus），可能通过其传教网络传播，但未明确记录具体执行人名。
  • 《中国图说》于1667年在阿姆斯特丹首次出版，拉丁文全名为《中国宗教、世俗和各种自然、技术奇观及其有价值的实物材料汇编》，系统呈现17世纪欧洲对中国的认知。

• 1670年代，幻灯在罗马已成日常物品。

• 1671年，基歇尔在《伟大的光影艺术》（1671版）中声称幻灯是他发明的，但该书中关于幻灯的插图并没有正确地描绘幻灯的构造，部分评论家认为基歇尔并没有真正发明或制作出幻灯，但也有人认为这可能是插图的问题，因为关于基歇尔使用幻灯吓唬所谓“叛教”民众的故事一直流传。
  • Kircher A. 伟大的光影艺术[M]. 阿姆斯特丹:韦斯伯格和韦耶斯特里特, 1671: 768-769.

• 1674年，法国数学家克劳德·德查尔在其著作中描述到幻灯，他改进了幻灯的焦点，提供了一幅早期的幻灯插图，还提出从侧面引入连续图像的幻灯片并连续放映，以描绘故事的想法。
  • Dechales C. 数学课程 [M]. 卢格杜尼: 安尼松, 1674: 665-667.

• 1676年，德国哲学家约翰·斯图姆在其著作中提供了一张横柱式幻灯的插图，以及关于双凸透镜的图像校正原理图。这种横柱式幻灯机据说是由德国纽伦堡的乐器制造者约翰·格里恩德尔发明的，因此也被称为“格里恩德尔型”幻灯。
  • Sturm J. 实验学院: 是否好奇[M]. 纽伦堡: 恩德特, 1676: 161-168.

• 1685年，德国发明家约翰·扎恩（Johann Zahn，1631-1707）发表了大量关于暗箱、透镜组合和幻灯的系统描述和插图，强调了将幻灯藏在观众视线之外的重要性，把幻灯的发明归功于基歇尔，其中一些幻灯包含了镜头盖，意味着幻灯可以在不熄灭光源的情况下保持屏幕黑暗，这是重要的进步。
  • 他发明了首台便携式“抽屉式暗箱相机”（木制机身，含反射式取景器），并首次提出镜头盖设计，为后世相机发展奠定基础，被誉为“现代单反相机先驱”，但因缺乏感光材料，其发明未直接促成摄影术诞生。
  • 他还描绘了一种可以投影类似于后来费纳奇镜的圆盘幻灯机，被认为是动画投影的早期尝试。
  • Zahn J. 人工眼望远镜（Oculus Artificialis Teledioptricus）[M]. 赫比波利斯(维尔茨堡): 奎里纳斯海尔, 1685: 100-398.

• 17世纪末，荷兰光学仪器制造商菲利普斯·冯·霍恩海姆（Philippus van Hooijdonck，1630–1704）在巴黎、里昂、罗马等地巡回展示幻灯装置，宣传其“魔灯”（Magic Lantern）。改进幻灯光源（如使用蜡烛与透镜组），并制作包含宗教、神话场景的幻灯片。
  • 《荷兰黄金时代科学技术史》

18世纪之前，幻灯片多数由发明家为实验制作，未有规模化生产，一些剪纸、油漆、实物，甚至是活体昆虫曾被用于制作幻灯片，很快也开始使用透明颜料在玻璃片或油纸上绘画，透明漆和玻璃盖都曾被用作保护。

幻灯机可以使用的光源，只有阳光、蜡烛和油灯。阳光极大地限制了幻灯的时间和场地；蜡烛亮度不够稳定，且在燃烧过程中会改变光源的高；油灯可解决高度问题，但同样不够稳定和不够明亮。

18-19世纪，人类的新发明不断为幻灯机带来更好的光源、镜头、幻灯片制作工艺。

18世纪

发明家和商人们一方面关注更轻便、坚固、便于运输的家用幻灯机开发，一方面关注用于剧院投影的、高亮度、远距离、甚至有特别功能的专用幻灯机。

瑞士以钟表制造和精密机械闻名，玻璃工业多集中于日内瓦和纳沙泰尔地区，主要生产光学透镜、玻璃仪器和装饰玻璃器皿。

• 1720年，荷兰科学家威廉·斯格拉维桑德（Gravesande W）描述了一种由4个火焰组成的油灯、搭配凹面镜和透镜的幻灯，其图像投影距离可长达十米。
  • Gravesande W. 经实验证实的物理和数学元素.牛顿哲学简介[M]. 卢格杜尼(莱顿): 彼得范德亚, 1720-21: 76-77.

• 1756年，瑞士数学家、物理学家莱昂哈德·欧拉提出使用放大镜镜头进行幻灯投影，后在19世纪初的幻影秀中被改良成如今的反射幻灯机，可投影不透明物体。

• 1758年，英国光学家、镜片师约翰·多伦德对暗箱进行改进，特别是在镜头结构方面，他制造了一种消色差镜头，可校正颜色，从而获得更清晰的图像。

• 1765年，爱尔兰数学家帕特里克·达西（D’Arcy P）在自家花园做了一个关于视觉余像持续时间实验，用机器旋转燃烧的煤块，和一位视力好的观察者配合，测出视觉暂留时间约为0.13秒，达西计划进一步实验不同变量，但未见后续报告。
  • D’Arcy P. 关于视力持续时间[M//]巴黎科学院回忆录(1765). 巴黎: 皇家印刷公司, 1768: 439-451.

• 1780-1785年，日内瓦物理学家和化学家艾米·阿尔冈（Aimé Argand，约1750-1803）发明了“阿尔冈灯”，设计出中空玻璃管灯芯，通过圆柱形结构增加氧气接触面积，使火焰更稳定，同时减少烟雾，其亮度是烛光的6-10倍。随着该技术的改进和商业推广，在一定程度上提高了幻灯的亮度和安全性。

• 1790年，瑞士玻璃制造商皮埃尔·吉纳尔改进了玻璃研磨技术，更精细的光学镜片得以制作。

18世纪末，随着幻灯相关技术的进步，幻灯产业开始启动。

19世纪

• 1800年，英国化学家和发明家汉弗莱·戴维带来了迄今最明亮的幻灯光源“弧光灯”。他最开始使用电池创造了第一盏白炽灯，但亮度和持久度都不足以实际应用。1806年，他向伦敦皇家学会展示一种通过两根炭棒之间产生电弧的弧光灯，成为19世纪早期大型幻灯机的常用光源。由于碳棒会逐渐被消耗，需要不断调整以保持它们之间的正确距离，这项困难的工作后来由自动调节器完成。

随着幻灯产业开始蓬勃发展，成为流行的大众娱乐，幻灯片的设计和制作也开始被重视。

• 1821年，英国伦敦科学仪器制造商菲利普·卡彭特发明了一种半机械化的幻灯片生产技术，将要绘制的轮廓先转印到玻璃上，让之后手工着色的工作变得更容易，从而使幻灯片可以被批量生产。已知第一套使用该技术的幻灯片是1823年发售的《动物学要素》。

• 1820年代，英国化学家戈德沃西·格尼在研究氧氢喷管时发现了“石灰光”效应，即石灰块在氢氧火焰中可发出仅次于弧光灯的亮光。1826年，苏格兰土木工程师托马斯·德拉蒙德在格尼的基础上建造了一套工作版本。石灰光灯为幻灯机提供了明亮的光源，也广泛用于舞台照明。

• 1830年代，色彩平板印刷技术开始应用于幻灯片制作，提供更高质量的图像、大批量的生产和更亲民的价格，进一步推动了幻灯艺术的交流和普及。

• 1836年，乙炔被发现，乙炔喷灯能提供很好的照明亮度，既简单又便宜，产生的火焰稳定且无烟。但它的危险性较高，易生污垢和臭气，因此并未能取代石灰光灯或弧光灯。

1840年代，基于视觉暂留和似动效应的光学动画玩具陆续面世，它们改变了幻灯机的发展方向，幻灯机踏上了转向电影机的征途，从各种各样的动画投影机，到现代胶卷电影投影机，很多科学家、发明家为此努力了半个世纪，相关内容后文另述。