15世纪

15世纪前叶：

• 丰塔纳在其《战争器械之书》中也描绘到一种“魔法灯笼”，画面中一人手持灯笼，投影出一个小恶魔的形象，配文“夜间出现吓唬观众”，由于配图潦草，灯笼看起来只是简单地利用烛火做光源，投影原理可能类似于影灯或走马灯。

约15世纪后期：

• 意大利画家、发明家达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）的手稿涉及大量光学和机械内容，他探讨了一些关于眼睛是如何工作的观点，但似乎并未能明确地解释该问题；提及到视觉暂留现象，指出快速移动的人似乎会给自己的路径涂上色彩印记，闪电在乌云中移动时像一条发光的蛇，挥舞一个亮点会看到火焰余晖等；对暗箱进行了完整的描述，有270张关于暗箱的画稿，对不同的光圈形状和孔径进行成像测试。但这些内容在1797年被物理学家乔瓦尼·文丘里（Giovanni Battista Venturi，1746-1822）破译并发表之前鲜为人知。
• 达·芬奇特殊的“镜像字”书写习惯以及部分画作，后来也被认为也可能和光学研究有关。

16世纪

平面玻璃板制作技术得以完善，实用的玻璃镜开始出现。玻璃镀锡技术开始用于镜子生产，均匀、高反光率的玻璃镀锡在威尼斯盛产，价格极度昂贵。后有法国工厂盗取了该技术，实现了镜子的大规模生产，虽不光彩，但确实推动了镜子的普及。欧洲几个兴盛的玻璃制造产业圈，为高质量光学镜的研发提供了基础。

1521：

• 相传意大利画家、建筑家塞萨尔·切萨里亚诺发表了关于暗箱投影的描述，记录了一位僧侣的实验，对暗箱的形状和尺寸都给出了清晰的描述。

约1540：

• 德国数学、天文学家伊拉斯谟·赖因霍尔德发表了如何使用暗箱观看日食或街景。

1545：

• 荷兰数学家杰玛·弗里修斯在其《射电天文学与几何学》中发表了使用暗箱观测日食的插图，成为第一幅公开发表的暗箱图像。

图2-1：丰塔纳描绘的魔法灯笼（15世纪）；图2-2：暗箱手稿（达芬奇，15-16世纪）；图2-3：暗箱图像（弗里修斯，1545）

1550：

• 意大利博学家吉罗拉莫·卡尔达诺发表了已知最早的有双凸透镜的暗箱，并详细描述了透镜如何提高投影图像的清晰度和亮度。
  • 参考文献：Vaquero J M, Vázquez M. 历史中的太阳记录[M]. 柏林:斯普林格科学与商业媒体, 2009:104.

1558：

• 意大利博学者波尔塔（Giambattista della Porta，1535-1615）《自然魔法》（Magia Naturalis），系统总结了暗箱原理，为后来摄影技术的发明奠定基础，详细描述了多种凹透镜和凸透镜的功能和原理，平面镜和透镜的组合使用（翻转图像），以数学方式解释它们的折射特性，还包含多种投影方法的具体操作说明。此书后被多次翻译出版，在欧洲地区广为流传，帮助人们更加了解透镜和镜子的作用，很大程度上推动了暗箱的进一步发展。
  • 参考文献：Porta G. Magia Naturalis(1658英译版)[M/OL]. [2022-8-4].

约1560年代：

• 意大利金匠、雕塑家和画家本韦努托·切利尼在其自传中声称曾在罗马竞技场举办过一次召唤怪物的表演，但没有解析所用技术。

1573：

• 意大利数学家埃格纳蒂奥·丹蒂（Danti E）在其对欧几里得光学论文的译著中提及使用凹面镜来翻转倒立的投影。
  • 参考文献：Danti E .欧几里德的观点[M]. 佛罗伦萨: 君蒂斯印刷厂, 1573: 82-83.

1585年：

• 意大利数学家詹巴蒂斯塔·贝内戴蒂再次提及使用平面镜和透镜来校正图像。
  • 参考文献：Gorman M. 艺术、光学和历史：对霍克尼命题的新解读[J].莱昂纳多, 2003, 36(4):295-301.

17世纪

17世纪初：

• 德国天文学家约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler，1571-1630）发表了多篇关于镜反射和针孔相机原理等研究报告，是术语“暗箱”的创造者。他把眼睛比作相机暗箱，对晶状体和视网膜的作用提供了较为令人信服的解释，进行了利用透镜增强投影图像的实验，还提到放大投影、双凸透镜使用和反转图像的优势。而他更为人所知的成就是发明了开普勒望远镜（凹透镜物镜+凸透镜目镜），发现超新星。
  • 参考文献：
    Dupré S. 在“暗箱”里:开普勒的实验和光学成像理论[J]. 早期科学和医学, 2008, 13(3): 219-244
    Ilardi V. 从眼镜到望远镜的文艺复兴视野[M]. 费城: 美国哲学学会, 2007: 220.
• 荷兰工程师、发明家科内利斯·德雷尔被认为在17世纪初发明了自动精密透镜研磨机。

1621：

• 荷兰天文、物理学家威理博·斯涅尔（Willebrord Snellius，1580-1626）通过实验发现了光线从一种透明介质到另一种透明介质时，入射角和折射角之间折射数学定律，即n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂，称为“斯涅尔定律”。有趣的是，斯涅尔也没有直接发表该成果，直到1703年才由克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens，1629-1695）正式发表并命名。而惠更斯正是幻灯时代的揭幕者。（见后文）

1637年：

• 法国数学家勒内·笛卡儿（René Descartes，1596-1650）在斯涅尔坐标几何学的基础上，用正弦函数对该定律进行推证，还独立地发现了“反射定律”。他把眼睛比作相机暗箱，把视网膜描述为摄像机的屏幕。笛卡儿也是“我思故我在”（Cogito, ergo sum）的提出者，开创近代哲学认识论转向，影响深远。

约1630-1640年代：

• 意大利数学家卡瓦列里也推进了关于透镜表面曲率、半径与焦距的计算。

17世纪中叶，人类对科学技术的探究与积累终于带来“幻灯”，不仅催生了幻灯动画，也是摄影和电影的重要一步。

11世纪

11世纪初，被誉为“现代光学之父”的阿拉伯科学家伊本·海什木（965-1040）指出光是由太阳等发光物体发出，物体因反射了光线，再进入眼睛从而被看到，即视觉入射理论；对球面镜和柱面镜的正投影规律展开研究，提出了经典的“海什木问题（球面镜正投影问题）”，引起众多学者在此基础上对各类弧面镜继续展开研究；对小孔成像和暗箱进行深入研究，认同更小的洞可提供更清晰的图像；还研究了透镜和大气折射产生的放大倍数，这些研究巩固了暗箱理论的基础；对视觉暂留现象的研究提及很难在旋转的衣服上辨别出不同的颜色，推断视力需要一些时间才能辨别一种颜色。海什木在软禁期间完成七卷本光学著作《光学全书》（1011-1021），因处于欧洲“黑暗时期”而未能及时推广，直至13世纪，一位不知名学者把这本书翻译成拉丁文才开始在欧洲广泛流传。其光学理论和以实验验证猜想的科学精神，影响了随后几个世纪欧洲的科学研究。

一种被称为“读书石”的透镜在欧洲出现，据说最初是把玻璃球切开两半制成的。而在11-12世纪维京人坟墓中发现的一些晶石透镜，也和读书石相似。

11世纪后期，中国宋代科学家沈括（1031-1095）在其《梦溪笔谈》（1088）中再次详细解释了凹面镜成像、小孔成像、凹面镜焦点、凸面镜和平面镜照影差异等光学现象，也提及造镜技艺的失传。

“若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗隙所束，亦皆倒垂，与阳燧一也。”——《梦溪笔谈》

这段文字形象地描述了小孔成像现象：当飞鸟或楼塔的光线被窗缝（小孔）遮挡时，形成的影子会与物体运动方向相反（如鸢东飞则影西移），且影像呈现倒立状态。沈括通过这一现象，结合凹面镜（阳燧）成像的原理，进一步指出“光沿直线传播”是倒影形成的根本原因。虽未建立现代数学模型，但已蕴含光路直线性的科学直觉，为后世光学研究奠定了基础。

12世纪

12-13世纪，英国哲学家罗伯特·格罗斯泰斯特（Robert Grosseteste，1175-1253），融合奥古斯丁神学与数学光学思想，提出光的本质理论；虽仍支持视觉出射理论，但也提出通过实验来验证推测；强调数学和几何在光学研究中的重要性，用镜子和镜头进行光学实验，寻找曲面透镜投影规律；提出当光学被很好地理解后，便能让放得很远的东西看起来很近，反之亦然，甚至可控制物体的视觉距离。

13世纪

英国哲学家罗杰·培根（Roger Bacon，约1214-1293/1294）谈论到利用暗箱和小孔成像来观察室外景色或日食，提出将几何学应用于光学、光直线传播、反射定律，使用透镜对物体进行放大，描述透镜成像原理，为望远镜发明奠定基础。培根曾致力于在大学课程中增加光学课程，但因批判经院哲学、主张实验科学被逐出大学讲坛。

13世纪下半叶，玻璃镜片研磨和抛光工业开始发展，最初集中在威尼斯和佛罗伦萨，后来荷兰和德国也出现了镜片制造中心。

波兰裔物理学家维帖洛（Witelo，约1230-1278）汇编了一部光学著作《透视》（10卷，约1270年完成），系统阐述几何光学与生理光学（包括视觉心理学），提出光沿直线传播的早期观点，并探讨透镜成像原理。他仔细研究了折射，发现折射角与入射角不成正比，但没有意识到全内反射。

法国作家让·墨恩（Jean de Meung，约13世纪）在《玫瑰传奇》（Roman de la Rose）第二部中引入大量议论与百科知识（天文、地理、伦理），成为中世纪“社会百科全书，其中提及“魔镜表演”， 还描述了一种投影的镜子，所投影像可以在水里或空中，且“十分有活力”。

约1290年，法国天文学家威廉（William）撰写了一份手稿，详细地向人们介绍如何制作暗箱来观察日食，这使暗箱的原理和小孔成像现象被更多人所认识。

13世纪末，相传西班牙裔医生、炼金术师阿纳多斯·诺瓦（Arnaldus Nova）可能使用到带有图像翻转功能的暗箱，带来了一种特殊的“运动表演”，让演员在外边表演，观众在昏暗房间里观看暗箱投影在墙上的动态影像，甚至还考虑到配音。

最早的关于小孔成像的科学研究

史前时代

前5-前3世纪

古希腊文明圈：

撇开无文字记录的透镜推测，已知最早关于透镜的确凿记载，是公元前424年古希腊喜剧作家阿里斯托芬（约前446—前385）的戏剧《云》中提到的“燃烧玻璃”。约公元前3世纪，希腊数学家阿基米德提出在战争中使用“燃烧玻璃”放大太阳热度，烧毁敌人船只。有趣的是，到18世纪末，发明家罗伯逊（Robertson，原名Etienne-Gaspard Robert）再次向法国政府提出“燃烧玻璃”计划，被拒后他专注于研究幻灯表演，成为幻灯动画剧院的开创者之一。

• 参考文献：
• Aristophanes. Hickie W J译. [EB/OL](2013-1-22).[2022-6-1]. https://www.gutenberg.org/files/2562/2562-h/2562-h.htm

古希腊哲学家恩培多克勒（约前495—约前435）和柏拉图（前427—前347）等都提出了基于所谓的“视觉出射理论”，认为眼睛发出光线从而视物，这种错误理论在接下来的十几个世纪中影响着欧洲光学基础。

古希腊文明一直被视为欧洲古文明代表，其哲学观点至今仍具影响力，但古希腊文明是建立在神学基础上的，当时很多学说出于思辨，而非实证，还夹带着神学传说，这在科学研究中很容易出错。

中华文明圈：

此时的中国恰逢思想和文化激烈辩论的百家争鸣时代（前770-前221），和古希腊最大的不同之处，是中国春秋战国诸子百家们的宗教和信仰体系并不统一，甚至出现无神论者。

如以墨子（前476—前390，或前480-前420）为代表的墨家，作为中国古代自然科学研究先驱，《墨经》（约前388年）明确指出了“目以火见”，即“视觉入射理论”，以及最早的“小孔成像”确凿记录，包括光的焦点和直线传播，也有关于平面镜、凹面镜和镜反射现象的描述。

“景到（倒），在午有端与景长，说在端”
“景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故成景于上，首敝上光，故成景于下。在远近有端，与于光，故景障内也”
——《墨经》

《庄子·天下篇》（约前300-前233）中也记载了光在两个镜字之间反复反射的现象。

“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴重影无穷。”
——《庄子·天下篇》

可惜的是，墨家主导的自然科学主义并不合适当时的封建集权，随着墨家退出历史舞台，科技发明在接下来很长的一段时间里被当作“奇技淫巧”“市井娱乐”……

古希腊哲学家亚里士多德（前384-前322）在《问题·十五》中记录了小孔成像的现象，指出洞越小，图像就越清晰，而不管小孔的形象为何，通过的光总是呈现圆形的；在讨论余像时，提到了“视觉暂留”的现象，但也提出了诸如人可视物是因为物体本身会发出光等错误的光学理论。

被誉为几何光学开创者的欧几里德（约前330—前275）著《光学》一书，虽然也赞同视觉出射理论，但指出我们所看到的图像，是由两只眼睛所看到的不同的图像“融合”而成的（双眼视觉），利用几何学讨论“透视”理论，指出光的直线传播并提及反射定律，对平面镜和曲面镜展开研究。

前3-前2世纪

古代镜子以青铜、铜、银或其他金属制作，后来，一种被称为“高锡青铜”的合金被用于制作镜子，其反光和颜色还原度比以前的镜子更好，为光学研究提供了更好的条件。这种合金的确凿起源虽难以考究，但可能与中国的青铜镜“粉以玄锡”的处理技术有关，能提供更明亮和清晰的反射，博物馆收藏的汉唐古镜多有检测到含高锡的薄膜表层，西方文献资料中关于高锡青铜的信息大多描述为1世纪左右在中国出现。高锡青铜后来成为精密光学仪器的重要反射镜原料，直到镀金玻璃等更现代的材料出现。

“明镜之始下型，朦然未见形容，及其粉以玄锡，摩以白旃，鬓眉微毫可得而察。”
——《淮南子·修务训》（西汉刘安王，前2世纪）

前1世纪

公元前1世纪，透镜可能已经被罗马人用作纠正近视的眼镜。

1世纪

随着吹制玻璃技术的发明，玻璃镜子开始在黎巴嫩发展，但早期玻璃镜制作方法会造成明显的图像扭曲，实用性不高。

希腊数学家海伦（生卒不详，活跃于约62年前后）在其著作《反射光》中描述了凹面镜、凸面镜和平面镜，是已知最早关于希腊镜子的文字记录。他用几何方法研究了平面镜反射，证明入射和反射角度相等。

2世纪

约160年，希腊数学家克罗狄斯·托勒密（约90-168）的《光学》一书，研究了光线在不同介质中的折射角度，但他可能调整了测量结果以符合其折射角与入射角成正比的错误假设。

托勒密也解释了双眼视觉的现象，将错觉的成因分为光学因素或判断性因素，探讨过视觉暂留现象，描述一个有不同颜色的陶工轮子，在快速旋转的时候颜色会混合成一种，轮子上的圆点看起来像圆圈等。其研究在17世纪以前欧洲和阿拉伯地区很有影响力。

• 参考文献：
• Lloyd  G E R. 亚里士多德之后的希腊科学[M]. 纽约: 诺顿, 1973: 131–135.
• Ross H,  Plug C. 尺寸恒定和尺寸错觉的历史 [M]// Walsh V , Kulikowski J 编. 知觉恒常性:为什么事物看起来像它们那样. 剑桥:剑桥大学出版社, 1998: 499–528.

5世纪

随着罗马帝国的没落，欧洲进入所谓的“黑暗时代”，自然科学研究备受打压。

6世纪

中国进入“隋唐盛世”，经济繁荣和思想开放为自然科学提供了物质保障，但各种技术门类被排除在科举制度之外，技术研究依靠被视为劳动者的工匠们承担。隋唐时代关于光学的研究更多集中在各种装饰性灯具的发明与制造上。始兴于隋唐的“灯会”，灯轮、灯树、灯楼、灯笼、灯台、影灯、水灯、孔明灯等，成为世人对大唐盛世的经典印象，也可能是最早的光影艺术节。虽然工匠大师们作出了大量贡献，但他们的传承习惯也容易导致重要技艺“失传”，以至于我们如今只能从文人墨客的华丽诗句中猜想其科学原理和机械结构。

8世纪

弃官隐居的诗人张志和（732—774）在其《玄真子》中亦提及视觉暂留现象，指带有余火快速轮转之时，看上去就像一个连续的环，也谈到光与影的关系、凹镜成像等光学内容。

9世纪

阿拉伯哲学家肯迪（Al-Kindi，约796年—873）开发了一种理论，认为“世界上的一切，都会向各个方向发出射线，充满整个世界”。他认为亚里士多德的光学观点并不完善，而欧几里得基于几何模型的光学理论（即几何光学）更占优势。肯迪的论文后来被翻译成拉丁文，成为影响欧洲现代光学启蒙的重要阿拉伯文本之一。

参考文献：
Lindberg D. 从肯迪到开普勒的视觉理论[M]. 芝加哥: 芝加哥大学,1976: 19.

10世纪

伊斯兰黄金时代活跃在巴格达的数学、物理学家伊本·萨尔（Ibn Sahl，约940年—1000年）研究了曲面镜和透镜是如何弯曲和聚焦光线的，提出了一个在数学上等同于“斯涅耳定律”的折射定律（入射角正弦与折射角正弦成固定比例），用于计算当光线聚焦在某一点上时，透镜或曲面镜需要的形状，为透镜制造奠定基础。但此成果当时并未被广泛传播，直到17世纪由威理博·斯涅尔（1580-1626）再次发现。

参考文献：
Rashed R. 人造塑料的先驱: 伊本萨尔的燃烧镜和透镜[J]. 艾西斯(Isis), 1990, 81(3): 464–91.

中国汉代（前202年－220年）出现了一种可以“投影”的“透光鉴”，藏于上海博物馆的“见日之光”便是其中之一。经过现代科学研究，这类镜子的“投影”原理是通过特殊铸造技术，使铜镜正面出现肉眼难辨的低浮雕而形成的，虽非真的透光，但这是古人对投影的成功探索。

透光镜随着对外贸易流传海外，被称为“中国魔镜”，在一些欧洲相关史料中，日本也被认为制作过这种镜子，因此有“东方魔镜”一说，“魔镜投影”这个概念也随之传播，引起很多人的好奇和研究，因此不能排除它对后来相关研究的启发性作用。

而根据沈括的描述，透光镜的制作方法在宋代已经失传。

“世有透光鉴……人有原其理，以谓铸时薄处先冷，唯背文上差厚，后冷而铜缩多。文虽在背，而鉴面隐然有迹，所以于光中现。余观之，理诚如是。然余家有三鉴，又见他家所藏，皆是一样，文画铭字无纤异者，形制甚古。唯此一样光透，其他鉴虽至薄者皆莫能透。意古人别自有术。”
——《梦溪笔谈·器用》（沈括， 11世纪）

反光镜和透镜，也许是动画技术发展史中最容易被忽略重要功臣，是光学研究必不可少的组件，在光学设备中默默地传送着动画影像。

反光镜

反光镜起源久远难以追溯，古人很可能是从水和石头发现光的反射和折射现象的。

• 土耳其发现了公元前6000年左右的黑曜石镜。

• 公元前4000多年美索不达米亚地区出现了抛光铜镜。

• 古埃及公元前30世纪已出现铜镜。

• 中国青铜镜至少在公元前20世纪之前已出现。
  • 虢国墓出土的一块约2800多年前的青铜凹面镜，被认为就是古人所谓的“燧”。有学者指出我国古人使用凹面镜取火甚至早于使用平面镜照影。而《周礼·巧工记》（佚名，春秋战国）中记载：“金锡半谓之鉴燧之齐”，由此推测锡铜合金的平面镜和凹面镜在春秋战国时期已流行。

透镜

• 玻璃的制作可追溯至公元前3600年左右的美索不达米亚或古埃及时代，但最早的透镜可能由晶石所制，在世界各地都有发现经过精细研磨的透镜状晶石片。

• 古埃及第四或第五王朝（约公元前2620-2325）一座雕塑眼睛上镶嵌着的水晶镜片。

• 希腊克里特岛发现相信是约公元前1600年的米诺斯人用作放大镜的晶石透镜，并同时发现了很多微型雕刻物品。

• 考古学家奥斯汀·莱亚德在现在伊拉克尼姆鲁德亚述宫殿发现了约公元前750-710的“尼姆鲁德透镜”。
  • 莱亚德认为它可能被用作放大镜或者聚光镜，但也记录了它和一堆美丽的、可能是装饰物的碎片一起被发现。

类似案例还有不少，虽然学界对它们真实功能仍在讨论，但古人从透明晶石或玻璃中发现光折射现象是可信的。

参考文献：

• 宋新潮. 中国早期铜镜及其相关问题[J]. 考古学报,1997, (02): 29-51.
• Enoch J. 镜子的历史可以追溯到8000年前[J]. 验光和视觉科学. 2006, 83(10): 775-81
• 洪震寰. 我国古代的球面镜及其他[J].杭州大学学报, 1960, (1): 11-24.
• Layard A. 尼尼微和巴比伦废墟中的发现[M]. 纽约: 乔治·普特南公司, 1853: 165.

小孔成像是投影和摄影技术的核心基础之一，它事实上可发生在任何有小孔的洞穴、树洞、帐篷、石室等人类可能进入的地方，室内也不需要绝对黑暗，只需要室外亮度和室内有显著差异即可，因此有很多机会被人类发现，问题只是这种现象有没有被利用，以及如何利用而已。

唐纳德·佩里和埃里克·伦纳等学者均提出过关于古代暗箱投影（Ancient camera obscura）猜想。

马特·加顿(Gatton M)通过多次实地研究和模型重建实验，证明了这一猜想的实际可行。他认为欧洲石器时代精美的洞穴艺术，部分图像所处的位置和图像变形，有可能来自被偶然发现的，甚至人为制造的小孔成像投影；还指出新石器时代的部分巫术仪式和古希腊的厄琉息斯秘仪等均可能与小孔成像有关。

参考文献：

Perry D. 丛林地面以上的生活[M]. 纽约: 西蒙与舒斯特，1988：46-47.

伦纳(Renner E). 针孔摄影:重新发现历史技术(第三版). 牛津：焦点出版社，2004：3.

Gatton M. 概率与艺术的起源:古照相机理论的模拟[M]// (Papadopoulos C, Moyes H. 牛津考古学光手册.牛津: 牛津大学出版社, 2021: 583-603.

罗马诗人和哲学家卢克莱修（Lucretius，前99-前55）在其著作《物性论》的“感觉与心理画像”中有一段描写被认为是最早的关于动画“似动”原理的文字描述：

“当第一个图像灭亡，然后第二个图像生成另外一个动作时，前者看起来似乎改变了它的姿势。当然，这必须发生得非常迅速。”

虽然这段文字的前文提及在梦境中，但其描述的内容却十分接近19世纪提出的频闪动画原理。卢克莱修斯继承了古代原子学说，尝试从唯物论去解释世间万象。《物性论》的主旨为反驳宗教迷信，涉及大量科学知识和物理现象，本段文字所在段落首句为“没有神像移动的奇迹”，驳斥当时宗教关于神迹现象，如果古代相机和马格德琳骨盘的猜想成立，该文段有可能就是在描述动画的幻动原理已经被用于某些宗教活动。

参考文献：
Wade N J. 视觉的自然史[M]. 伦敦：麻省理工学院出版社, 1999: 207.