阿凡達遊液晶境(Avatar in the Wonderland) (1)

(作者:袁維勵 老師 / 逢甲大學 化學工程學系)

我因為家住台中,每年寒暑假都有機會去國立自然科學博物館參觀。其中,立體劇場與太空劇場是必看的項目,需要另行購票,但票價划算,通常我都兩個劇場連著看。我也發現,劇場放映的影片大約一年才會更新一部。畢竟有3D特效或IMAX圓頂劇場專用的影片,製作的速度不會很快,所以每年造訪一次就不會錯過任何一部影片。其他如環境劇場、鳥瞰劇場、SOS劇場等,皆位於地球環境廳,持所購買之展示場門票即可免費觀賞。不過,每星期三上午10時前可以免費入場,此規定之設計美意是為了支援各級學校之校外教學。

科博館不僅館內展覽豐富,館外週邊的景色也很優美。繞行一周,可以看到各樣花草樹木與石塊池塘。在午後溫暖的陽光下躺臥在青草地上,偷得浮生半日閒,實在是一件愉悅的事。人生就是這樣,常常開車經過科博館,甚至住在旁邊,卻不見得能得到科博館的擁抱。貼上了底下的照片,我不禁想起劉大白先生的「賣花女」:「…花兒真好,價兒真巧,春光賤賣憑人要…買花人笑,賣花人惱,紅顏一例如春老…」[1]。

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(台中國立自然科學博物館迷人的戶外景致)

每次觀看立體劇場的影片時,都會拿到一副3D眼鏡。戴上3D眼鏡,影片中的人物就呼之欲出了。看似平凡無奇的3D眼鏡,其實奧妙無窮,卻少有人知道它的正式名稱為偏光鏡(polarizing lenses)。偏光鏡的應用很多,可以用來製作太陽眼鏡、液晶螢幕(liquid crystal display,LCD)與3D眼鏡。甚至昆蟲的複眼(compound eyes)也有偏光的效果。下次去科博館欣賞立體劇場的3D影片後,記得將3D眼鏡帶回家,作一些好玩的實驗哦。

如下圖,為了用手機觀看3D影片,網路上已有販售以硬紙板為材料、可置入手機以觀看3D影音之DIY偏光鏡紙盒,價格不到2塊美金。該紙盒中,已內建3D鏡片,方便隨時隨地用手機觀賞3D影片。這確實是一個DIY的好題材,各位讀者可以如法炮製,利用科博館的3D眼鏡,再加上文具店買來的硬紙板,應該就可以作成了。不過請注意,眼睛與手機在如此近的距離下,必需將手機的亮度調低許多,才不會過早出現白內障等眼疾。

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(可置入手機以觀看3D影音之DIY偏光鏡紙盒[註2])

除了上述的應用例,如下圖,我們可將二個剪下來之偏光鏡片(黃色)與另一副3D眼鏡(粉紅色)用夾子夾起來,就作成一副可調節明暗之太陽眼鏡了。當然,使用燕尾夾可能還不夠方便,若是讀者們能設計一個簡單的方法或夾具,可以輕易旋轉外層之偏光鏡片,那將讓這副太陽眼鏡比市售品更有「看頭」了。一般佩戴太陽眼鏡有三大目的,一是減少刺眼眩光,二是過濾紫外光(UV,ultraviolet light),三是隠藏眼眸。對於前二項,鏡片的品質是很重要的。若是擋住了眩光,使得我們的瞳孔因透光量減少而放大,但是卻無法有效濾除紫外光,結果後者會對我們的眼睛,產生更大的傷害。奉勸作父母的,不要輕易讓小朋友戴著NTD100元以下的玩具太陽眼鏡,在烈日下玩耍,因為紫外線可能正在無情地傷害他們幼嫩的眼晴…

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(利用2副偏光鏡片製作的太陽眼鏡,藉由改變上下重疊之2個鏡片的偏光軸相對角度,可以調節透光量)

關於使用科博館之偏光鏡片改裝之太陽眼鏡是否能抗UV,我們以實驗室常用之紫外光–可見光光譜儀(UV-Vis spectrometer)來作一些簡易的測試與分析。如下圖A所示,我們以市售平均波長為375 nm之LED(light-emitting diode,發光二極體)作為紫外光光源,發現在沒有偏光鏡片阻隔下,可以檢測到LED所發射紫外光之完整波段。當光源與光感測器之間置入科博館之偏光鏡片後,如下圖B所示,發現紫外光完全被阻擋掉了(穿透率為0)。因此,可以證實偏光鏡片能夠將波長接近紫光(400 nm)之UV過濾掉。

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(A:沒有偏光鏡片阻隔下,375 nm LED之穿透光譜,B:有偏光鏡片阻隔下,375 nm LED之穿透光譜)

除了375 nm的UV以外,未來還需要測試對更短波長UV之阻擋能力,才能放心使用,且要達到能完全阻隔400 nm以下之入射光(一般標記為UV400)的標準。不過,我們這副眼鏡因為可以外掛於近視眼鏡上,若後者或所佩戴之隱形眼鏡已經有抗UV功能,那就不必擔心UV光傷眼的問題,可以將該太陽眼鏡用於減低亮度用。最後,要感謝我的研究生林明翰同學幫忙做抗UV的測試。

 

參考資料

  1. 賣花女(劉大白先生,1924年作)
  2. DIY Magnet Google Cardboard Virtual Reality VR Mobile Phone 3D Viewing Glasses

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