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Zeiss光学史
作者:梅亭過(林士強,發表本文時為交通大學光電工程研究所博士班學生)
【前言】
記得好幾年前,當我開始研讀光學工程系統時,很意外地 發現Zeiss 竟然有這麼多經典的光學設計在教科書中被廣泛 的討論,於是我開始很好奇地想知道他到底是什麼樣的集團 ,什麼樣的經營理念,以至於成就她對近代光學如此深遠的 影響。本文是我這幾年所收集之資料的一些心得,不是什麼 學術性的文章,只是一般性報導,希望能與各位讀者分享。
Zeiss 今天也許已經沒有如同過去般地輝煌,也許已經不在那麼熱衷商業性的鏡頭(成本的考量),但在最頂尖的光 學領 域,她仍然是一枝獨秀。 翻開這近百年來的光學設計史,彷彿就是一部活生生的蔡司史,幾位大師級的科學家,如 E. Abbe, P. Rudolph, Otto Schott, H. Harting, C.P.Goerz, L.J.Bertele..等等都是光學設計史上的關鍵人物。 十九世紀末Robert Koch 博士利用蔡司顯微鏡發現桿菌是導致結核病的原因。1911年挪威探險家Roald Amundsen首開 人類 踏上南極大陸,他用蔡司望遠鏡看南極大陸。大到人造衛星的空照鏡頭,小至眼鏡玻璃,Zeiss 對各種光學玻璃的 製作乃 至光學設計上的突破,都在在的顯示她對人類科學的 貢獻,成就非凡。
【蔡司光學史 & 年表】
時至今日,世界上優良的光學系統很多,並非全然Zeiss 設計的系統就是最好,但所有經典的作品中Zeiss 所佔的比例最重 卻也是個公認的事實。以下僅例舉幾項最經典,也最被廣為討論的光學設計。 光學設計始於英國,但在E.Abbe之前幾乎沒有什麼很嚴格的理論基礎,完全是嘗試錯誤與經驗的累積,而製造者多半是 機械工匠與玻璃師傅。
1868 E.Abbe建立全新的設計理論,如 Sine relation;定義各種Distortion及Abberation, 並確立光學計算的方法。同年並製 造出史上第一支,經由理論計算的顯微鏡。
1881 E.Abbe與Otto Schott 合作,開始有系統地研究並開發各種光學級的玻璃。
1886 Schott公司出版史上第一本光學玻璃目錄,生產44種不同特性的光學玻璃,並為往後的新光學設計打下基礎。
1890 Rudolph與Abbo 研發出史上第一支消散光像差的設計,Anastigmat,這項驚人的成就敲開了近代光學設計的大門,其 功勞不亞於貝爾發明電話。數年後推出商業化鏡頭,Zeiss Protar及Zeiss Planar。
1902 Rudolph 改良 Anastigmat 而推出最著名的商業化鏡頭 Zeiss Tessar f6.3 1911 Zeiss Biotar f1.8,設計者為M.V.Rohr
1919 第一次世界大戰結束。
1923 Zeiss APO-Tessar
1929 Zeiss Biotar f1.0及f0.85 註: 在沒有電腦輔助設計以前,大光圈的高速鏡頭設計是項很繁瑣的工作,其「追跡」所計算的數學資料有時候必須要 好幾千張才能完成。
1932 Sonnar f1.5及f2.0,設計者為L.Bertele這是當時世界上結像品質最佳的高速鏡頭。
1936 Sonnar 180mm f2.8這是史上第一支高速望遠鏡頭。 Smakula 首開先例,在鏡片上利用真空鍍膜技術鍍上一層低折射率的抗反射膜 Antireflection Coat-ings)T Coating
1945 第二次世界大戰結束。
1948 西德蔡司成立 1952 R.Richter設計出18×18cm,90°視角之pleogon這是有史以來結像品質最佳的空照 鏡。
1954 L.Bertele設計出 90°視角,沒有形變的超廣角鏡,這支Biogon真可算是光學設計 史上的藝術極品。 Biogon 21mm f4.5 for 35mm 片幅 Biogon 38mm f4.5 for 6×6 片幅 Biogon 53mm f4.5 for 6×9 片幅 Biogon 75mm f4.5 for 9×12片幅 1954 G.Lange 設計出全新5 片組的Planar 80mm f2.8(R-olleiflex)Planar 可算是中距離 鏡頭,大光圈光學設計的希望,時至今日有很多知名廠牌的 50mm f1.4或是 50mm f2 都是採用類似planar Double Gauss 的光學設計。
1960 Planar 55mm f1.4 for Contarex
1961 Zeiss 數學家E.Glatzel 發表全新電腦輔助光學設計方法。
1964 Distagon 40mm f4 (哈蘇6×6) 1966 Hologon 15mm f8 (35mm SLR) Planar 50mm f0.7(35mm SLR) Distagon 18mm f4 (35mm SLR)
1972 Distagon 35mm f1.4(Contax)非球面 Planar 85mm f1.4(Contax) Planar 50mm f1.4(Contax) Distagon 15mm f3.5(Contax) 1974 電影機 35mm 用的Distagon 35mm f1.2 及Distagon25mm f1.2
1976 再推出35mm電影機用的超廣角超大光圈鏡頭Distagon18mm f1.2,你能想像它是 什麼可怕的模樣嗎? Planar 110mm f2(哈蘇)
1982 浮動元件設計的Distagon 40mm f4(哈蘇)
1984 第二階(Secondary Spectrum)完全消色差的Tele-Apotessar 300mm f2.8
(資料只到1984年,1984年後的光學設計不作補充說明)