華順誌56期
攝影鏡故事第貳講，老銅鏡(四)
2.9 1890年，消色散(續)
前文提過，雙鏡消色差經過100年的摸索，大致發展出三種有意義樣式，而且各有所長，這三種架構分別是Fraunhofer樣式、Gauss樣式及Steinheil樣式。Paul Rudolph嘗試組合這三種樣式，集其個別優點克服像差。另外，在Planar設計過程累積的空氣隙經驗，也讓Paul Rudolph決定再次使用。1899年推出Carl Zeiss Unar，前組採有氣隙的Fraunhofer樣式，後組採Gauss樣式，理論上應該效果不錯，但真正實做時發現八個玻璃與空氣界面，將畫面中光源的反射影像多達28個投射到底片上成了雜散光，其實遇到的問題Planar。
實例10. Carl Zeiss Unar (1899)
實例10. Carl Zeiss Unar：高43mm，最大外徑51mm，鏡頭正面刻著Carl Zeiss Jena Nr.147602 Unar 1:5, F 15.5 cm, DRP 134408。1912年生產製造。
為了保持蔡司工廠的競爭力，魯道夫必須製造出一種更簡單、生產成本更低但仍具有高品質的通用鏡頭。十九、二十世紀交替之際帶來了攝影技術的巨大變化，隨著底片格式的小型化，相機變得更小、更輕，此外，光感度更高底片的發明，已經越來越不再需要使用三腳架了。因此，當時攝影圈的流行詞是『手持相機』。第一次，更廣泛的人群也開始在旅行或短途旅行時隨身攜帶小相機，並自發性地拍攝他們認為有價值的主題的快照。對於這些手持照片，不僅需要快速鏡頭，而且需要短焦距。不久前剛發布的英國Cook Triplet，幾乎都滿足這些要求，立即引起了巨大的熱潮。1900 年，類似Cook Triplet架構但效果更好的Voigtländer Heliar f4.5由知名光學設計工程師Hans Harting發表並進入市場，原本主打精簡訴求的Triplet樣式設計也被提升到非常高品質水準。
Cook Triple (1895)
實例11. Cook Triple (1895)
實例11. Cook Triple高36mm，外徑50mm，螺環直徑42mm。鏡身上刻有Taylor Taylor & Hobson LTD., Leicester London & New York。鏡頭正面刻著 Series II, Cook Anastigmat Lens, 4x5 incjes, No.44303, f/4.5 6 inch。鏡頭板上刻T T & H，鏡頭後緣刻44303。約1916年生產製造。
Voigtländer Heliar (1901)
實例12. Voigtländer Heliar (1901)
實例12. Voigtländer Heliar高48mm，外徑50mm，螺環直徑48mm。鏡身上刻有Voigtländer & Sohn. A-G. Braunschweig. Heliar 15cm. 1:4.5. No.222401。1924年生產製造。
1886年就進入蔡司的Paul Rudolph至1899年已經過了十三個年頭，作為蔡司攝影器材部門主管，對比於競爭對手C.P. Goerz，蔡司至今尚未有比較暢銷的攝影鏡，這讓Dr. Rudolph倍感壓力。Paul Rudolph為了讓Unar鏡頭銷售額增加，計畫生產一款專門搭配Unar鏡頭的相機，這幾乎是災難的開始，因為當時蔡司完全沒有製造相機的經驗，這就好比引擎廠的產品賣得不好，沒有檢討自家生產的引擎品質，只是一股腦地把責任歸咎給自己沒有製造汽車所致。
作為蔡司集團企業最高領導人，Ernst Abbe博士是老練且穩重的企業家，Abbe對Rudolph的計畫抱持高度懷疑。但Dr. Rudolph還是啟動計畫並開始與位於Görlitz的聞名的相機製造商Curt Bentzin展開談判，計畫以十萬馬克收購，並在 Jena 成立Aktiengesellschaft Camerawerk Palmos相機製造廠，1900年簽約，Rudolph 持有51.6% 的股權，並動員親友與熟人圈參與投資。然而親友之所以出資，是基於相信蔡司站在這相機廠的背後。最終預期的成功果然沒有出現，相機廠面臨破產威脅，其原因在於產品製作品質不令人滿意、由此引發相關消費者投訴，還有相機結構設計不良…等等問題。為避免破產，蔡司於1901年出面接管了該工廠，至1909年相機廠關閉止，蔡司為此相機工廠蒙受約三十萬馬克損失。
Carl Zeiss Tessar (1902)
1902年Paul Rudolph修改Unar設計的後緣，將Gauss樣式修改成Protar設計的後緣，也就是放棄空氣接面，改成膠合接面，結果非常成功，取名Tessar，這個非對稱設計不但成功消除散光，而且使用四片透鏡就可以將光圈提升到f6的水準，要知道當時Dagor使用了六片透鏡採對稱式設計才讓最大光圈達到f6，因此Tessar的問世肯定會掀起一場鏡頭風暴。Tessar在1902年取得德意志帝國專利DRP.142294。Tessar是德文『鷹眼』的意思，換言之蔡司想強調這支鏡頭的解像力就如同鷹眼般銳利。這個架構後來成為世界級模版，並被很光學廠爭相模仿，例如Agfa Solinar、部分Kodak Ektar、Rodenstock Ysar、Schneider Xenar、Voigtländer Skopar及Leitz Elmar，以上這些設計都沒有超出Tessar架構。蔡司憑藉無與倫比的Tessar賺了很多錢，二十年的時間內幾乎沒有對手。一直到第一次世界大戰結束後專利到期了，其他鏡片製造商的此類鏡片複製品才第一次在市場上威脅蔡司，這也是 1920 年代耶拿開始密集廣告Tessar的原因。
實例13. Carl Zeiss Tessar (1902)
實例13. Carl Zeiss Tessar高34mm，外徑47mm，螺環直徑44mm。鏡身上刻有IV2, Carl Zeiss Jena Nr174838, Tessar 1:4.5, F=15 cm, DRP。1912年生產製造。
Tessar發明後Dr. Rudolph的心思大部分都放在Palmos相機廠的經營上，新款光學設計產出不多，充其量只提交了Protar的改良設計專利。後續享譽世界的Tessar f4.5、Tessar f3.5實際上都由助手Ernst Wandersleb完成，1915年起，Tessar的優化工作改由Willy Merté負責。Palmos相機工廠於1909年破產後轉售給位於Dresdn的 ICA相機廠，Paul Rudolph為此承擔了三萬馬克的損失，但蔡司則損失三十萬馬克。蔡司管理階層與其攝影部門負責人Paul Rudolph間的關係早已決裂。即便Tessar已成功，也已無法掩蓋這一事實。
兩款不同底片形式的Palmos相機 (1901)
1910年50歲的Rudolph黯然從蔡司退休。第一次世界大戰期的1917年Rudolph從被帝國政府徵調至蔡司為軍方的氣球攝影設計一支高光度遠攝鏡頭，用於空中偵察，結果是Rudolph設計出了Fernobjektiv 6/25 cm。1918年，Paul Rudolph加入Meyer Optik並設計Double Plasmat，到了1930年代，Meyer-Optik 已擁有種類齊全的高品質可換鏡頭產品線。但與當時的市場領導者 Carl Zeiss Jena相比，這些鏡頭通常以略低的價格提供。
C. P. Goerz Artar / Dogmar (1913)
Tessar的成功讓C. P. Goerz看到空氣隙的機會，如果不趕緊設計出一款使用四片透鏡就可達到f4.5的鏡頭，C. P. Goerz將被市場淘汰。1913年由瑞士人Walther Zschokke設計的Artar / Dagmar，採四片透鏡前後對稱，因為C. P. Goerz最成功的Dagor最大光圈f6，但總共用了六片玻璃，而此時Tessar只用了四片透鏡，最大光圈就可提升至f4.5，因此C. P. Goerz必須開發出一款只用4片透鏡最大光圈可達f4.5的設計才能與Tessar競爭。Artar / Dogmar利用空氣隙，四片透鏡，光圈達到f4.5。瑞士人Walther Zschokke早年在慕尼黑的C. A. Steinheil & Sons公司完成了驗光師的學徒生涯。1894 ~ 1899年，Zschokke協助管理Steinheil公司在巴黎分部的業務。
1901年，Zschokke開始在柏林的C. P. Goerz光學研究所工作，並在隔年成為該研究所數學計算辦公室主任。他設計了多種光學透鏡，包括Alethar、Pantar、Dogmar以及耐用的Artar透鏡，其中Artar透鏡成為應用最廣泛的光學透鏡。他還開發了觀測瞄準器和槍砲瞄準器。1903年，他為德國潛水艇發明了第一台潛望鏡。
Kernlens f6.3 / Artar f6.3 (Walther Zschokke)
一戰結束後德國經濟嚴重衰敗，1919年Walther Zschokke回到瑞士，擔任阿勞市Kern公司新成立的光學部門主管，1924年因為與Kern的老闆理念不合而離開，在Kern期間，Walther Zschokke設計的Kernlens f6.3其實就是不折不扣的Artar。從1925年起，他在阿勞市(Aarau)擔任驗光師。他積極參與瑞士驗光師協會的活動，並於1935年代表該協會撰寫了《驗光師光學》一書，該書也有西班牙語版本。
實例14. C. P. Goerz Dogmar (1913)
實例14. Dogmar高38mm，外徑53mm，螺環直徑54mm。鏡身上刻有C. P. Goerz Berlin, Dogmar 1:4.5, F=16.5 cm, 481628, D.R.P., 這個序號應該是1919-1920年間製造的。
1841-1902 非對稱光學設計(摘自W. J. Smith [6])
1868-1914 對稱光學設計(摘自W. J. Smith [6])
結論：
鏡頭的六種光學病中，光線平行光軸的有兩種如色像差(Chromatic Aberration)及球面像差(Spherical Aberration)。斜向入射透鏡的像差有四種，如場曲(Field Curvature)、散光像差(Astigmatism)、彗形像差(Coma)及型變(Distortion)。
光線平行光軸的色像差及球面像差在1758年英國人John Dollond提出雙鏡消色差(Achromatic Doublet)專利後，已明顯獲得改善。斜向入射的像差如場曲則在1841年奧地利數學教授Jozef Petzval提出Petzval condition理論後，也獲得解決。1890年前後，蔡司Schott玻璃廠開發出重冕牌玻璃SK1，之後德、法、英等國的光學工程師不約而同掀起一場光學設計大競賽，他們的目標一致，都想解決斜向入射的散光像差。
從1890 ~ 1913年，人類在抑制散光像差的努力獲得顯著成效，光學設計師採用非對稱手段例如Protar、Tessar或中間前後對稱的Cook Triple及Heliar，抑制散光像差的效果都比更早前的Petzval效果好、也更顯著。此外，採用前後對稱手段例如Dagor、Planar及Dogmar也都能有效抑制散光像差，而且比更早前也是對稱設計但沒有使用重冕玻璃的Aplanat，抑制效果更顯著。無論採非對稱設計、中間前後對稱設計，亦或是前後對稱設計，被證明都是可行的道路，但是前後對稱設計明顯對於提高光圈亮度，無疑是條康莊大道。
蔡司的四片式的Tessar成功後，C. P. Goerz 也急著推出四片且對稱式的Artar / Dogmar，想與 Tessar在品質與成本上競爭，但從圖表的數據顯示Tessar的品質還是略勝一籌。1930年代美國科學家George W. Morey發明含鑭玻璃，但物性不穩定，二戰結束後徠卡與蔡司攜手合作讓含鑭玻璃的生產變成可能，之後使用含鑭玻璃的鏡頭可以明顯改善彗形像差(Coma)及型變(Distortion)，因為含鑭玻璃的問世，二戰後讓更複雜的廣角鏡及大光圈單眼反光鏡變成可能。
全文畢!!
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參考文獻
[2] Anita McConnell, “A Survey of the Networks Bringing a Knowledge of Optical Glass-working To the London Trade, 1500-1800,” Whipple Museum of the History of Science, 2016.
[3] Sabine Melchior-Bonnet、譯者 余淑娟, “鏡子，鏡裡鏡外的凝視與誘惑、幻境與痴狂,” 藍鯨出版，城邦發行，台北，2002。
[4] Charles R. Kurkjian, William R. Prindle, “Perspectives on the History of Glass Composition,” J. Am. Ceram. Soc., Vol.81, No.4, pp.795-813, 1998.
[5] Zeissikonveb.de/Geschichte/Personen/Paul Rudolph
[6] W. J. Smith, “Modern Lens Design, A Resource Manual,” McGraw-Hill, Inc, Rochester, New York, 1992.
