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光学产业三剑客——蔡司、阿贝和肖特 精选

已有 5982 次阅读 2022-9-11 15:25 |个人分类:外国人物|系统分类:海外观察

0110卡尔·蔡司塑像

0101耶拿大学老楼前的阿贝纪念碑

0099蔡司天象馆

0118光学博物馆

0109耶拿圆筒楼

 

高关中(德国汉堡)2022/9/3

德国东部有个城市叫耶拿(Jena),以光学仪器制造业著称于全世界,被誉为光学工业的摇篮。100多年前,经验丰富的机械师蔡司在这里与物理学家阿贝和化学家肖特亲密合作,结束了用古老的试凑方法研磨透镜的时代,还研制出许多特种玻璃,使光学仪器制造成为建立在科学基础上的新兴工业部门。他们把几个人的小作坊发展为誉满全球的大企业。直到今天,耶拿蔡司在世界上仍是名牌光学产品的同义词。市内辟有蔡司广场,竖有阿贝纪念堂,保留有肖特故居,纪念这些筚路蓝缕的光学工业先驱。

到耶拿,可不要错过光学博物馆,它是世界上较大的一个专业博物馆。在它的1.3万多件展品中,有各种各样的眼镜、照相机、望远镜、显微镜直到最新式的光学仪器。人们在这里可以看到蔡司当年的小作坊(复制),了解蔡司、阿贝和肖特开创光学工业的业绩。

 

机械师卡尔·蔡司创业

卡尔·蔡司(Carl Zeiss)1816年9月11日出生于耶拿西边20多公里的魏玛。身为工匠的父亲为了让儿子能获得更好的社会地位,让小蔡司在魏玛的文理中学学习,但卡尔的志向显然不在学术上,而对机械产生了浓厚的兴趣,经常去魏玛城中的工匠学校旁听。1834年,中学毕业后蔡司前往耶拿(Jena),并师从宫廷机械师科尔纳博士(Dr.Friedrich Körner,1778-1847)习艺,当时科尔纳正在研究光学设备。在给科尔纳博士做学徒期间,蔡司还在耶拿大学(Universität Jena)旁听数学和自然科学的课程。在结束了耶拿大学的学习和学徒生涯后,蔡司满怀对机械制造的兴趣,先后在维也纳、斯图加特、达姆斯塔特和柏林等地工作和学习7年,成为手艺出众的机械师。

1846年,蔡司在耶拿办起了自己的作坊。起初他孤身一人,只能做一些修理工作,而后他开始制造并贩卖眼镜、望远镜、显微镜、温度计、天平等商品。1847年,他开始生产一种简单易用的显微镜,无论是价格还是质量都超过了他的竞争对手,新产品销量喜人,让他很快就雇了一名助手,全年共生产了27台这种型号的显微镜。该产品为蔡司应赢得了很高的声誉。他还获得耶拿大学机械师的委任状。

在工作中,蔡司对待员工十分严厉,凡是不能达到其质量要求的显微镜,蔡司都会在工作现场亲手用锤子砸毁。但在工作之外蔡司表现的慷慨且平易近人。1861年,他的显微镜在图林根工业展览会上获得金奖,这时候他已经有大约20名员工。1866年蔡司工厂卖出第1000台显微镜。当时,显微镜的功能靠盲目试凑,靠经验。但试凑和碰运气的本领已经到顶,每一件由20个工人一起干出来的仪器,都要经过严格审定,并进行最后一道精加工,但质量无法提到同样高度,遑论进一步提高了。

 

光学家阿贝,玻璃化学家肖特加盟

这时,蔡司工厂的在手工制造方面已经达到极限,富有远见的蔡司意识到,要继续改进光学仪器就要依靠光学理论的提高了。就在1866年,物理学家恩斯特·阿贝(Ernst Abbe,1840—1905)博士主动要求加入蔡司,受到蔡司的热情欢迎和重用,还得到大量资金用于研究。这为蔡司工厂带来活力,堪称技术与科学完美结合的开端。将科学与实践结合,摆脱旧式作坊的管理方法,开创以研究人员的创新为基础的现代企业可以说是蔡司最大的贡献。

阿贝1840年1月23日出生于埃森纳赫。父亲是纺织工人,阿贝聪明好学,得到他父亲所在工厂主的资助,得以接受中等教育,进入技术中学后,常在一家工场打工,学到不少机械知识,动手能力很强。他在耶拿大学(1857-1859)和哥廷根大学(1859-1861)求学期间。一边学习一边当家教谋生,1861年获得博士学位。1863年他在耶拿大学成为了数学、物理和天文学讲师。当时实验设备不能满足需要,为了取得更多的实践知识。他于1866年加入蔡司工厂。下功夫研究光学产品的科学基础原理,1868年阿贝发明显微镜用的复消色差透镜,能消除光的初级和次级色畸变。1872 年他改进的显微镜开始销售。阿贝对光学理论和技术的创新使得显微镜的设计获得重大改进,他对放大限度有了更清楚的理解。他成功地提出了显微镜成像原理——阿贝公式,这奠定了人类所有高性能光学仪器的基础。自此,蔡司所有的显微镜镜头在生产时都采用了阿贝的设计,根据用途、按照事先周密计算的式样来制造,其光学性能突飞猛进。过去的制作方法主要依靠长时间费劲的试凑,靠工人师傅的经验,而阿贝已能够对最复杂的光学仪器进行纯理论的计算。当时的科学家对此推崇备至。以阿贝博士命名的阿贝数(色散系数)至今仍是眼镜片选购时的重要参数。

蔡司工厂已做出了当时最好的显微镜,产品远销世界各国。新的显微镜成了科技方面用以对付引发霍乱、鼠疫、结核病等各种细菌病毒的最重要武器,好评不断。

当时根据阿贝基于数学计算得出的结果,透镜仍有很大的改进空间,但问题在于当时没有足够好的光学玻璃来配合其理论。1879年阿贝博士和玻璃化学家奥托·肖特(Otto Schott,又译朔特,1851-1935)开始合作,逐步解决了这个问题。

肖特在1851年12月7日生于鲁尔地区的维滕(Witten)。父亲是窗玻璃工匠,开了一个作坊。肖特从小就接触玻璃熔炼,领会和掌握了许多化学和技术过程。从 1870 年到 1873 年,他在亚琛技术学院、维尔茨堡大学和莱比锡大学攻读化学专业,1875 年在耶拿大学获得化学博士学位。他专攻玻璃科学,博士论文题为“对玻璃制造理论与实践的贡献”。1879 年,肖特开发了一种具有新颖光学特性的新型锂基玻璃,开始与阿贝通信,讨论测试其性能。1881年他研制出一种消除色差的玻璃。1882 年,肖特搬到耶拿,在那里他可以更紧密地与阿贝和蔡司合作。

当时德国的玻璃工业不够发达,连一种能满足温度计特殊要求的玻璃都造不出来,光学玻璃大部分要从法国进口。要办一个专门生产科研用新型玻璃的工厂投资很大,为此他们上书国家,力陈光学玻璃的重要性,强调假如法国爆发战争,德国所有的光学工业都将濒临瓦解,必须减少对外国的依赖。最后,他们获得德国政府的资助,1884年,在耶拿创建一个全新的玻璃工厂,定名肖特玻璃厂(Schott Glaswerke),其所有权属于蔡司、阿贝和肖特。肖特玻璃也因此成为世界上最有名的玻璃。

到1886 年,肖特完成了对玻璃成分结构-性能关系的彻底调查。通过这些研究,肖特发现玻璃的折射率(对其作为放大镜的功能很重要)可以与其色差分离。通过这种方式,肖特选择了一种含锂玻璃,能充分满足阿贝的要求。这座玻璃在科学仪器中的性能接近其理论极限,这是显微镜和天文学等光学仪器的重大进步。

通过掌握小规模熔体搅拌的过程,肖特能够创造出一种均匀的产品,其折射率和色散可以被精确测量和表征。通过系统的实验,他将其应用于创造一系列不同类型的玻璃。他试制出数以百种的新型光学玻璃和许多种耐高温抗腐蚀的玻璃。

应用这种新技术制造的显微镜在那个时代造成了轰动效应,它的成像质量远远超过了过去的产品,科学家和医生争相购买。从成立到第一次世界大战开始,肖特的企业,名扬四海,几乎垄断了全球的光学玻璃。

 

百年的发展

阿贝在科技和企业管理两方面都有很大成就。因对显微镜理论有重要的贡献,1870年升任耶拿大学物理学教授。1878年任耶拿天文台台长。他作为蔡司工厂的灵魂人物,1875年成为卡尔·蔡司的合伙人,共同拥有这家工厂。1888年12月3日,卡尔·蔡司辞世,享年72岁。他在遗嘱中将股权转移给儿子,年轻的蔡司又将股权出售给阿贝博士,这样阿贝成为了蔡司公司的总负责人。为了保证企业的长远发展,1889年,阿贝成立了卡尔·蔡司基金会(Carl-Zeiss-Stiftung)并捐出自己的股份,由基金会作为卡尔·蔡司公司的所有者。通过基金会对公司的管理来确保公司利润应如何投入于研发、以保证公司长期专注于科学和技术上的目标。他把公司改组为合作机构,管理人员、工人和大学共分利润,激发了各方面的积极性,生产更是蒸蒸日上。

1905年1月14日阿贝在耶拿逝世,终年64岁。除了在光学领域的贡献,阿贝还特别关注社会公益,有感当时工人所受的刻苦待遇(他父亲一天要工作14个小时),便在蔡司公司推行每天工作8小时(1900年起,为德国第一家)、有薪假期、有薪病假、退休金等制度,成为现代雇员保障制度的先导者。为纪念阿贝在光学的贡献,月球上有一个环形山以他来命名。

1919 年肖特玻璃厂成为卡尔·蔡司基金会的全资子公司,1935年8月27日,肖特在耶拿逝世,享年84岁。

二战期间蔡司工厂负责生产德军的光学工具。包括陆军和海军的望远镜、测距仪以及射击瞄准具,还有空军使用的轰炸瞄准具。战争结束前,公司的技术被盟军盯上,生产与研发的人才分别被美国与苏联盟军接收。由于冷战的关系,这家公司一度被分裂为两家公司——留在东德耶拿的是卡尔·蔡司国营企业(VEB Carl Zeiss Jena)。而100多名科学家与工程师,来到西德奥伯考亨(Oberkochen,又译上科亨,位于巴符州东北部)另起炉灶建厂,成立卡尔·蔡司股份公司(Carl Zeiss AG),同时也把卡尔·蔡司基金会移到海登海姆(Heidenheim)。肖特玻璃厂则迁到美因茨。

1990年德国统一后两家公司重新合并。如今蔡司誉驰全球,在近50个国家(包括中国)共拥有约32000名员工,近60个销售与服务机构,超过30座工厂和约25个研发机构。

时至今日,蔡司的光学产品仍然在世界范围内享有广泛的声誉。经过170一个多世纪的不断发展,业务涵盖半导体制造技术、工业质量与研究、医疗系统、光学消费品市场等几个部分。在众多业务中,以镜头和眼镜片等产品广为大众熟知,成为天象仪、显微镜、镜头、光学镜片、医疗仪器等专业领域的行业领先者,不断致力于创新,以光学、光电学来见证人类文明的技术先锋。

1869年7月20日,人类第一位登陆月球的太空人,使用蔡司镜头拍摄登陆的图像,为全世界人类见证了伟大的历史一刻。

我们知道,光刻机是芯片制造的核心机械,而荷兰ASML则是全球唯一的EUV光刻机生产商,其产品被三星、台积电、英特尔等晶圆厂争夺。但就是在ASML光刻机中,也离不开蔡司的光学产品。蔡司公司是ASML光学系统的供应商,而光学系统是光刻机最核心的部分,负责利用光线,将设计好的图纸打在晶圆表面,以便下一步在晶圆表面雕刻的动作,由此可见蔡司在今日高科技领域的突出地位。

 

 




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