徕卡和蔡司,哪个公司的光学技术更好?

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那肯定是蔡司啊,在光学上的耕耘深度和广度,都比莱卡强一些。

莱卡起家就不是光学厂,它主要是个照相机械厂,更早的时候是生产显微镜的,19世纪时造过小型天文望远镜,但影响力不大。光学是它附带的部分,光学部分制造的不错,但几乎不研究光学理论,没听说莱卡诞生过什么著名的光学家。

蔡司就不同了,阿贝、肖特,煌煌大名,无数光学理论发端自蔡司,无数系统构架溯源至蔡司。

莱卡相当于工程公司,蔡司相当于研究所+实体。

蔡司现在主要是不做照相机了,大众对它缺乏了解的媒介。

蔡司在消费级光学产品上下功夫不大,高级产品跟大众生活没有直接关系,所以,名气小了。

实际上蔡司的光学很深厚,欧洲天文台很多米级望远镜,1、2米口径的,是蔡司造的,光刻机的光路系统蔡司造的,天象仪蔡司一直是第一。高级研究级显微镜这些跟大众都没关系,大家也不清楚蔡司在这些领域的地位,普通的显微镜,蔡司干脆不造了,怎么了解?

跟普通人关系密切的也就摄影镜头了,还算是“副厂”,它自己也不造照相机了。剩下就是双筒镜和观鸟镜,跟老百姓还有点联系。最后就是眼镜片,单片的简单光学元件,实际看不出跟尼康、豪雅有什么区别,也显不出技术来,但你问眼科医生都知道,蔡司的视光学中心是一流大牛,普通人谁进去摸过?

莱卡现在就造四类东西,显微镜、照相机、运动光学,大地测量。

显微镜和蔡司不相上下,同为4大厂之一。

运动光学,就是双筒望远镜和观鸟镜、瞄准镜,跟蔡司也不相上下,同属运动光学三大厂之一。

照相机,已经完了,世界名流、各国政要的照片背后已经看不到莱卡了。现在照相机是奢侈品路线,吃老本,幸亏它老本厚。蔡司还造照相机的时候,产品跟莱卡不相上下,而且规格比莱卡全多了。

莱卡的大地测量,是收购来的,不算莱卡嫡系,血统不足,上家的实力很强,所以产品很好,贵一些。蔡司的大地测量仪器可以了解一下,也很牛,但在蔡司体系里不算什么。

总之,莱卡牛的,蔡司也牛,莱卡不牛的,蔡司还牛。

我不知道这种比较有什么意义,对莱卡了解也不多,但是从学术研究历程上来看,

\mathbf{Carl ZEISS\ 永远滴神}\\

前面答主已经把蔡司与徕卡业务面讲差不多了:

我就简单介绍几个蔡司在光学工程上的贡献,以及创造出这些成果的蔡司大佬。

1.阿贝显微镜成像理论、阿贝正弦条件、阿贝数、阿贝图、八小时工作制,恩斯特·卡尔·阿贝Ernst Karl Abbe

阿贝这个人自身就是个传奇,时至今日蔡司公司仍针对阿贝在光学工程上的众多发现,录制教学影片发布在油管上。

在阿贝之前,光学系统成像优化主要都是集中在望远镜上,针对显微镜的成像优化,就起始于阿贝的解析极限公式,这个公式揭示了显微镜对待测物的观测,其成像的解析能力与哪些参数有关:

d=\frac{\lambda}{2nsin\theta}=\frac{\lambda}{2N.A.}\\

其中 d 为显微镜所能解析的最小空间距离, \lambda 为物光波长, n 为介质折射率, \theta 为显微镜物镜孔径角(Angular aperture)半角。

这个公式成为后世所有光学显微镜的设计准则,如今也被刻在位于耶拿大学的纪念碑上。

恩斯特·阿贝于1886年发明的物理学数阿贝数(英语:Abbe number;德语:Abbe-Zahl),也称“V-数”,用来衡量介质的光线色散程度:

v_{d}\equiv\frac{n_{d}-1}{n_{F}-n_{C}}\\

其中 n_{d}n_{F}n_{C} 分别为分别为氦黄线(d-line)587.56nm、氢蓝线(F-line)486.1nm和氢红线(C-line)656.3nm三条谱线的波长在该介质中的折射率。

由于阿贝数将光学材料的色散性质量化,因此通常都会将各种光学材料的阿贝数V-number与 n_{d} 相对应绘制在一张图上作为光学玻璃的参考目录,即阿贝图。

这张图极大的方便了后世光学设计中的光学材料选材,堪称光学界的元素周期表。

阿贝也是精密工程的先驱,提出了精密工程第一大法则:阿贝原理(Abbe's principle)

为提高量测精度,量测目标物与测量仪器的刻度必须与量测方向位于同一条在线上

游标尺不符合阿贝原理,外径千分尺符合阿贝原理,因此在量测中,外径千分尺具有更高的精度,而游标尺则存在余弦误差,精度不如外径千分尺。

在蔡司研发显微镜的工作期间,他不仅走在光学领域的前沿,也走在劳动改革的前沿。他于1888年,卡尔蔡司逝世之后,接手成为了蔡司公司的东主。1890年创办了德国社会民主党的《Jenaische Zeitung》(报纸),并有感当时工人所受的刻苦待遇,在1900年在蔡司公司推行每天工作8小时、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。

马某人出来看看,人家这才是大佬


2.柯勒照明原理,奥古斯特·科勒August Köhler

August Köhler (March 4, 1866 – March 12, 1948)

柯勒照明原理是近代显微镜照明系统的重大突破,为显微镜视场均匀性照明提供了最优化的解决方案。

Köhler illumination

科勒照明,Köhler illumination,元音字母o上面的两个点是德文的元音字母变音符号(umlaut),德文原文称为Köhlersche Beleuchtung。其设计者August Köhler在供职于蔡司公司时,为了解决视场内的均匀照明问题而设计出这个对显微镜设计具有深远影响的革命性设计。

关于科勒照明,详见我的专栏文章,里面有详细的解释以及ZEMAX软件模拟演示:

3.AR光学镀膜,斯马库拉博士Dr.Alexander Smakula

在ZEMAX软件光学设计中,几乎每个案例都有AR抗反射镀层,这已经是每个棱镜、透镜的标配,用以减少杂散光的产生、增加透光效率。这种镀膜早在二战前就已经由斯马库拉博士创造出来,1934年起,他就在耶拿卡尔·蔡司公司,1935年,斯马库拉在蔡司发明了光学并获得专利抗反射涂层,光学技术的重大进步。不过二战时期他与纳粹政权合作,致力于红外制导导弹。二战结束后,他和一部分德国物理学家一起去了美国,在弗吉尼亚研究红外技术的材料。1951年,他被聘为麻省理工学院的教授,主要研究晶体材料。最终他于1983年5月17日去世,葬于美国马萨诸塞州。

4.光学玻璃,奥托·肖特Friedrich Otto Schott

论光学玻璃,哪怕买眼镜也都无法避开世界光学玻璃市场份额最大的光学玻璃厂:肖特玻璃厂(Schott Glaswerke AG),1884年由恩斯特·阿贝和奥托·肖特在德国耶拿创建,旨在解决蔡司在光学材料上遇到瓶颈。最初的肖特玻璃目录只有不到五十种光学玻璃。二战后,肖特玻璃厂与蔡司一样被一分为二:一个在东德耶拿,一个在西德美茵兹。德国统一后,两个工厂也随着两个蔡司的合并,也合并为一个公司(Schott Glaswerke AG)。

现在的美茵兹肖特玻璃厂是世界上最大的光学玻璃厂,其肖特玻璃目录有一百多种光学玻璃。肖特玻璃厂的光学玻璃是设计和制造光学透镜的重要材料。卡尔·蔡司集团拥有肖特玻璃厂的全部股分。

SCHOTT的光学玻璃交互式阿贝图

在光机电系统设计中,Schott官网的交互式阿贝图可以说是我做作业过程中看到的最齐全、最方便查询的光学玻璃数据库。在实际的系统设计选材时,在不考虑成本的情况下Schott的光学玻璃也是大多数科研机构的首选,近150年来积累的光学玻璃制造经验使得Schott光学玻璃的光学性质更为稳定均一。

交互式阿贝图链接在这里:

关于光学玻璃,我的专栏文章中略有提到:

5.DIC显微镜,诺马斯基,Normaski

DIC(Differential interference contrast,DIC)干涉显微镜在二十世纪下半叶生物成像领域具有重要应用,其自相干的成像特点使其在干涉成像领域具有更高稳定性、较好可见度的优势,而在定量量测领域更是具有较高精度、面对较低反射率表面仍然有比较好的对比度/可见度。

透射式DIC结构示意图

DIC干涉术源自于剪切干涉术,按原理属于剪切干涉术的一种,其发展历程、分类详见我的另一篇回答:


作为一间公司,蔡司可以说是大佬云集,各种天降猛男甚至是在引导光学工程跟随着蔡司公司的发展脚步前进。

即便如今,ASML光刻机依然依靠蔡司提供高品质的光学镜组。现今的光刻机镜组,由于不可避免的光线能量被镜组部分吸收,会损伤镜片以及表面的镀层,因此在使用过一段时间后必须将镜组替换下来送回蔡司进行保养、修复、重新镀层、校正。虽然光学玻璃、光学镀层蔡司已经进行了上百年的研究积累,但是面对有更高制程需求的IC制造,在镀层、光学材料等这些传统艺能上尚需要更高的提升。

关于光刻机插句题外话,对于光刻机的镜组镀膜损伤,我隔壁楼有位教授去年末发表一篇论文讨论了从光源调制来补偿镀膜损伤造成的误差在物理上的可行性分析。这种方法意图让台积电少花钱给蔡司的售后服务,不过想必即便这一方法行得通也只能是延长镜组保养周期,镀膜损伤没有从根源解决问题总归还是会失效,还是要返厂的。

相对于比较各家的光学技术谁更好,我觉得多关注一下这些技术本身更有价值。


顺便提一下现今的蔡司大佬们

Wiley在2005~2012年之间出版了最新的一部光学系统的著作Handbook of Optical Systems,七年分别出版了五个主题分卷,目前是最全面最系统最新的光学系统教科书。最后一卷第六卷目前看来应该是还没出版,因为即便我有学校的IP licence,在Wiley官方数字图书馆中也找不到。

值得一提的是,这本书的编者大部分都来自蔡司

造光刻机?不,蔡司在光学人才培养上的影响力才是最重要的。