華順誌59期
攝影鏡故事第伍講，ZEISS (一)
5.1耶拿市
以現代經驗來看，100家新創科技公司只有10家能存活超過3年，這10家之中只有3家能超過20年。而活超過20年的公司只有四分之一可以存活50年，存活超過50年的公司也許只有少數一兩家可以到達150年…，德國蔡司(Carl Zeiss AG)成立至今已經超過180年，期間經歷了普奧戰爭、普法戰爭、第一、二次世界大戰、柏林圍牆倒塌東西德統一，至今依舊屹立不搖，這實在是個很難能可貴的成就。
耶拿市(Jena)
位於德國圖林根州的耶拿市(Jena)依偎於薩勒河(Saale)旁，建城於公元1286年，目前人口約10萬人，主要以從事玻璃與光學工業為主，是世界上最頂尖精密光學與玻璃工業城。耶拿市早期經濟活動以釀製葡萄酒為主，從1741年至1919年第一次世界大戰結束止，耶拿皆隸屬於薩克森威瑪公國(Saxe-Weimar)，而薩克森威瑪公國的首府就在威瑪市。1806年法國拿破崙曾經在耶拿大敗普魯士軍，開啟了普魯士王國長達十年的屈辱歷史。1846年工匠卡爾蔡司(Carl Zeiss)在耶拿鎮創立卡爾蔡司工坊時，耶拿鎮人口僅六千餘人，當時鎮上的居民並不知道他們迎來的是一個將成為世界級的頂尖企業，而蔡司企業的傲人成就也證明世界級企業未必一定要在人口多的城市，只要夠專注，小鎮也可以放光芒。
由左至右，依序Carl Zeiss (1816-1888), Ernst Abbe (1840-1905), Otto Schott (1851-1935)
5.2蔡司工坊
1814年當時德國尚未統一，南德意志地區巴伐利亞公國，科學家弗朗和斐(Fraunhofer)與企業家烏茨施奈德(Utzschneider)合創的慕尼黑光研所與修道院玻璃廠，將光學從工坊規模變成科技企業，光學玻璃物理特性與製程就此被確定下來，例如傳統冕牌玻璃K3 (nd = 1.5183, Vd = 58.98)及傳統火石玻璃F2 (nd = 1.6200, Vd = 36.37)。1826年弗朗和斐逝世後該研究被迫中斷，意外地是曾經與弗朗和斐共事的瑞士玻璃工匠紀南(Guinand)，其後代日後在法國成立的Feil & Guinand光學玻璃廠反而發展得很不錯，Feil & Guinand後來改名為Parra-Mantois。
另外，英國Chance-Brother玻璃廠透過商業間諜取得法國Feil & Guinand的光學玻璃秘密，為此1827 ~ 1886這近六十年間，法國Feil & Guinand及英國Chance-Brother是世上唯二能提供光學玻璃的工廠，而且以法國Feil & Guinand為大宗。更詳細故事可參考我們的另一篇文章《攝影鏡故事第壹講，慕尼黑光研所》。
1816年卡爾蔡司(Carl Zeiss)出生於薩克森威瑪公國的威瑪市(Weimar)，18歲中學畢業後，卡爾蔡司來到威瑪市附近的耶拿鎮當學徒。當時耶拿鎮居民約六千人，卡爾蔡司在耶拿大學教授克爾納博士(F. Körne)實驗室當助手，同時學習機械加工與玻璃研磨。克爾納受薩克森威瑪公國的卡爾奧古斯特公爵贊助，從事光學玻璃研究，希望能繼弗朗和斐之後開發出光學特性受控制的光學級玻璃，然而在散盡家產後最終還是失敗。
1846年三十歲的卡爾蔡司師傅決定離開克爾納教授實驗室，回到出生地威瑪市及父母身邊。蔡司師傅想成立一間從事眼鏡與放大鏡加工的光學機械工坊，當時德意志地區從事手工業並不自由，必須向當地政府提出申請並獲得許可證方能執業，因此蔡司師傅若想拿到光學機械的營業執照必須向威瑪市政廳提出申請，但蔡司師傅的申請卻遭威瑪同業的排擠而無法順利拿到營業執照，失望之餘只好轉往耶拿鎮發展。
1846年，蔡司師傅在耶拿鎮Neugasse街7號租到一棟房子，房子頂樓的前面有三個窗戶，在這裡卡爾蔡司開始了德國最不平凡的光學產業創業之路。創業一開始是艱苦的，這個冬天的訂單很少，工坊裡擺著一些眼鏡、放大鏡、閱讀鏡及一般顯微鏡用的小零件。隔年蔡司師傅在德國著名植物學家施萊登教授(M. J. Schleiden)的鼓勵下搬到Wagnergasse 街32號的新廠房，並開始製造他的第一台顯微鏡。
蔡司工坊 (Neugasse街7號，1846年)
1846年剛創業時，蔡司以100 Talers的初始資本正式開設工坊，這筆資金由兄長愛德華(Eduard)出借，後來父親奧古斯特(August)代為償還。至1849年為止，工坊的營業額達901 Talers，獲利197 Talers。最初，蔡司獨自一人從事各類物理與化學儀器的製作與維修。其中，放大鏡(loupes)特別受到市場歡迎。此外，他也在小型店鋪中販售從國外供應商購買的眼鏡、望遠鏡、顯微鏡、繪圖儀器、溫度計、氣壓計、天平、玻璃吹製工具及其他各類儀器。
蔡司師傅與耶拿大學施萊登教授終其一生都是莫逆之交。施萊登教授一直是蔡司工坊熱心支持者與顧問，經常在工坊中一待就是好幾個小時。他建議蔡司師傅將精力集中於單價相對高的顯微鏡，不要浪費時間在眼鏡..等其他產品項目，因為市場對顯微鏡的需求極為殷切。施萊登告訴蔡司師傅，從古至今光學工匠都對自己的手藝與經驗守口如瓶，以致於把畢生累積的寶貴經驗與知識都帶進了棺材，未來必須要能根據實驗數據配合光學公式來製造顯微鏡，如此才能保證每一部下製作台的顯微鏡都是品質最好的，而不單僅僅只是靠運氣。
德國著名植物學家施萊登博士(M. J. Schleiden)
簡易型蔡司顯微鏡 (Simple, 1847)
1847年8月蔡司師傅收了第一位徒弟奧古斯特(August Löber, 1830-1912)，奧古斯特手藝佳，終其一生都是蔡司師傅工作上的好伙伴，這年已經有27台簡易型顯微鏡被銷售往薩克森威瑪公國以外地區。1848年，德國社會經濟學家卡爾馬克思(Karl Marx)發表共產宣言《共產黨宣言》(Manifest der Kommunistischen Partei)，全德意志地區都籠罩在革命陰影下，蔡司工坊的訂單減少，耶拿鎮居民的笑容也不見了。然而不受革命影響，小徒弟奧古斯特仍舊每星期把用來磨玻璃的金剛砂篩好，把要用來拋光玻璃的瀝青燒好，煤油燈擦乾淨。奧古斯特後來成為蔡司工坊分紅合夥人，一直在蔡司任職至去世止。
1850年時的蔡司師傅
簡易型顯微鏡包含一組200倍放大率的三片式鏡組，售價為5 Talers，若是搭配300倍放大率的鏡組，售價為 8 Talers。簡易型顯微鏡的性能已達極限，若要進一步提高放大倍率，則必須發展複合式顯微鏡(Compound Microscope)。為了避免被競爭對手淘汰，蔡司工坊決定擴充產品線，投入更高階顯微鏡的研發，1857年開始導入複合式顯微鏡的研發工作與生產。
複合式蔡司顯微鏡(Compound Stand I, 1857)
十九世紀的光學工匠就像製造提琴師傅，他們的成就來自嫻熟技能、及對手藝的愛好與堅持，就如同藝術家創作藝術品。然而科學不應該是這樣，一台顯微鏡的構造很複雜，設計者應該把每一部分透過設計與計算，摸得一清二楚，然後再透過推理協調各部分及解決問題，這樣生產者才能照著設計好的器件，透過組裝與微調進行有效率的快速生產。所以蔡司師傅很清楚作為一個機械工匠，他能做到的極限就是如此，再這樣下去就會重蹈師父克爾納博士的覆轍。
蔡司工坊時期，右一最年長者是奧古斯特(August Löber)，1864年
蔡司師傅是工匠起家，以嚴格且帶有家長式管理色彩經營工坊。凡是學徒製作、未能達到嚴苛標準的顯微鏡，皆會由蔡司師傅親自在鐵砧上將顯微鏡銷毀。工坊工作時間從清晨6點至晚上7點，上午有15分鐘短暫休息，中午則有1小時午休，合計每日工時為11又3/4小時。到1856年，任職最久的奧古斯特(August Löber)週薪3 Talers，其他工人則週薪2.5 Talers。
1846年剛創業時的顯微鏡製作，與其說是製造業，不如說更接近手工技藝與藝術創作，因此每位工匠需從頭到尾獨立完成一整台儀器，包括光學與機械車削，並且刻上製作者的姓名作為標記以示負責。1857 年複合式顯微鏡量產後，隨著產量提高，老蔡司在管理上開始邁向更有效率的分工，奧古斯特(August Löber)專責光學製作，顯微鏡支架的車削交由其他學徒或工人完成。
1861年發行的工坊第7版價目表中，已可見到新開發的複合式顯微鏡，共五種版本(Stand I, II, III, IV, V)。其中最大一款售價為55 Taler，採用馬蹄形底座，該設計是模仿巴黎著名顯微鏡製造商Georg Oberhaeuser的產品。複合式顯微鏡的構造明顯比簡易型顯微鏡複雜很多，有目鏡也有物鏡，物鏡包含A、C、D及F四款，其中D型物鏡與位於Wetzlar, Friedrich Belthle製作的物鏡水準相當，這家顯微鏡是知名Leica相機的前身。F型物鏡與位於巴黎, Edmund Hartnack製作的浸泡式物鏡品質相當，Edmund Hartnack是法國知名顯微鏡製造商Georg Oberhaeuser的後期合夥人。
在開發複合式顯微鏡過程，蔡司師傅嘗試從數十片透鏡中選出三片透鏡進行組合，經再三修改並反複測試，以尋求最佳效果，但始終無法具體突破，蔡司師傅很清楚這需要數學計算，因為1814年弗朗和斐(Fraunhofer)設計望遠鏡，與1841年奧地利大學Joseph Petzval教授設計攝影鏡都是透過數學計算來優化，才找到最好解方，蔡司師傅很清楚這已超出他個人能力極限了。
由於古老神聖羅馬帝國歷史遺產，整個德意志地區曾經分裂成大小不一的數百個公國，這些公國因為關稅藩籬，造成整個德意志地區的經濟與科學發展相當不活絡，而當時的法國與英國卻已是相對先進的工業大國。然而從1834年1月1日開始，75%的土地、2,300萬人加入由普魯士王國所主導的『德意志關稅同盟』(Zollverein)，零時一過，原本在各邦邊界焦急等待，成串載滿貨物的四輪馬車，在邊防柵欄舉起那一刻，瘋了似地呼嘯而過，關稅與貨幣的簡化彷彿使得帶有養分的血液貫穿所有加入關稅同盟的每個鄉鎮。
鐵路的發明與鋪設有利於降低貨運成本，並增加貨運流通速度。以普魯士為核心的鐵路網迅速蔓延到整個德意志地區，而鋪設鐵路對鋼鐵的需求又帶動了煤、鐵的開採與加工，一環扣一環活絡了整個德意志地區工業進入快速且良性地循環，當下德意志地區的前景真是一片光明。古老的歐洲在鐵路及電報普及後，彷彿有一股莫名的力量推動著整個歐洲朝工業化方向邁進。股份公司、大銀行等等如雨後春筍般冒出，企業主為了貿易市場及手藝自由而奮鬥，為了縮短到美洲市場的距離，1847年北德漢堡與美洲間航線的第一艘船也下水了。
此時耶拿城尚未工業化，擁有美麗山巒與清澈河流。1861年施萊登告訴卡爾蔡司，蔡司工廠生產的顯微鏡已經可以進入德國製造的優質商品行列了。然而蔡司師傅表示每架經過篩選的顯微鏡的製作方法都不盡相同，參與製造這種顯微鏡的師傅，幹活時都是既緊張又擔心，直到最後測試通過了才能鬆上一口氣。1866年普魯士王國對奧地利公國宣戰，工廠裡的工人們都議論紛紛，但也都覺得普魯士必勝無疑，因為戰場在捷克境內展開，因此工廠所在地的耶拿鎮完全感受不到戰爭的氣氛。
1866年成立已20年的蔡司工坊出廠了第一千台顯微鏡，這一千台顯微鏡，複合式佔六成、簡易型佔四成。蔡司師傅要求廠裡員工都暫時放下手邊的活，到郊外去慶祝一下，當時一部顯微鏡的價格與一部上等鋼琴的價格相若，可以猜到當時蔡司工坊的生意應該還不錯。耶拿鎮所屬的薩克森威瑪公國因為在普奧戰爭中壓錯寶，站在奧地利這一邊，因此最終因為兵敗而被併入普魯士王國，但王室仍可保有頭銜。
耶拿大學
5.3 阿貝博士
恩斯特阿貝(Ernst Abbe)身材魁武，經常表情嚴肅，但是所有蔡司員工都知道，阿貝博士其實才是蔡司真正的靈魂人物。
東德為了表彰蔡司集團在光學的卓越貢獻而發行郵票
恩斯特阿貝生於1840年，1866年擔任耶拿大學物理系講師，因為施萊登教授推薦，某天早上26歲的阿貝博士從薩勒河畔散步往蔡司工坊方向走去，在工坊裡阿貝博士主動提出希望能來蔡司工廠工作，當時已經50歲的蔡司師傅有些驚訝。在那個年代，大學研究學者多半著重理論研究與論文發表，而工廠技師則是著重靈巧手藝與經驗，這兩類職人在社會上的地位大不同也甚少交集。阿貝博士雖然年輕，但是因為出生工人家庭，對於工廠的實務手藝有很深的見解與認知，阿貝博士希望透過理論與工藝結合，製造出創新的光學產品。
1866年順利進入蔡司工坊服務的阿貝博士，向工廠主蔡司師傅表示，德意志地區的光學玻璃都是從法國進口，法國商人Fei & Guinand知道我們非倚賴他們不可，因此給我們送來的往往不是最好的貨，甚至於是廢品但我們也無可奈何。蔡司師傅同意阿貝博士看法。萬事起頭難，在蔡司師傅全力支持下，阿貝博士開始用光學理論設計顯微鏡，並在奧古斯特協助下，第一部按理論計算設計的顯微鏡終於組裝好了，阿貝用眼睛湊過去看了一下顯微鏡下的矽藻，阿貝對於成像的品質有點兒失望，成像的放大倍率的確有達到設計預期的放大倍率，但是影像卻不夠銳利。有感於對玻璃折射率(Refraction index)及色散(Dispersion)的掌握度不夠，阿貝博士決定自己著手設計光譜儀及折射率量測儀。
工坊其他師傅早已習慣用弗朗和斐(Fraunhofer)開發的牛頓環法來測量透鏡曲率，牛頓環的用法是先研磨一片精度非常高的透鏡作為標準鏡，然後再把量產的透鏡放在標準鏡上，透過牛頓環干涉原理，目測干涉條紋來判斷量產的透鏡是否達到精度要求，這是一種可快速檢驗透鏡曲率的方法，至今仍是生產線上的初階檢驗法則，然而目視判斷誤差很大。阿貝博士為蔡司開發更精密且可以快速測量透鏡曲率的量規，同時也開發更精密測量玻璃折射率的Abbe meter，然後再根據測量結果放入數學計算來優化光學效果。所有這些努力的成果在1869年已清楚可見。從外觀上看，顯微鏡幾乎沒有變化；然而，由於工作流程的理性化與效率提升，在相同人力配置下能夠生產出更多顯微鏡，不但良率提高且成本降低，因此產品價格也降低了25%，更具競爭力。
1870年法國對普魯士宣戰，阿貝博士憂心忡忡地向蔡司師傅表示，工廠庫存的光學玻璃用完後就會有斷貨的危機，蔡司師傅表示就他的理解，目前在德意志地區沒有任何一家玻璃廠可以做出阿貝博士所期望的光學玻璃。當時各種玻璃不外乎都是用古老經驗與祖傳方法生產，要生產一種全新的玻璃單靠一代人的時間恐怕做不起來，而且誰敢冒險把全部的財產投入一個當下仍看不到盡頭的風險呢？但阿貝博士還是不死心地繼續向蔡司師傅解釋，在光學上當所有的像差都被壓制到最小的極限後，剩下的就是玻璃色散的材料問題了。
1871年在普魯士王國的主導下，統一的德意志帝國誕生了，德皇威廉一世(Wilhelm I.)皇帝加冕典禮刻意選在法國巴黎的凡爾賽宮舉行，算是報當年拿破崙屈辱普魯士的一箭之仇，但也因此種下德法兩國百年世仇恩怨。阿貝博士向蔡司師傅表示，我們工坊應該要進入第三階段了，第一階段，師傅您及奧古斯特廠長的手藝已經到達一流水平，第二階段靠科學基礎掌握產品理論的工作目前來看也取得初步成果，第三個階段就剩玻璃的問題了。蔡司師傅同意阿貝博士的看法。
1872年阿貝博士旋即進行第二架按理論設計的顯微鏡，在設計之前阿貝博士先對每一塊玻璃進行光譜與折射率測量，然後把測量結果作為理論數據，放入光學公式中再進行計算。最後根據計算結果打磨透鏡曲率，在這樣情況下組裝起來的第二架顯微鏡無論成像還是放大倍率都是按理論預期呈現，蔡司師傅看到第二架顯微鏡的成像結果後，激動到眼淚奪眶而出，握著阿貝博士的手直說我們成功了。
從 1857年~1872年的工坊階段，蔡司共生產了八款複合式顯微鏡支架，包括O、I、Ib、II、IIIb、IIIc、IV、V型支架。此外，使用者還可選擇不同物鏡包括A、B、C型，以及目鏡1、2、3、4型進行搭配。1872年以後，蔡司生產的複合式顯微鏡(Compound)都是經過理論計算的。在阿貝博士改良之前的1871年最頂級的蔡司複合式顯微鏡售價為127 Talers，改良後的1872年，最頂級型價格已調升至387 Talers，但即便如此，銷售依然十分暢旺，而這套全新的物鏡系統也在萊比錫舉行的自然科學家與醫師大會上獲得高度讚譽。
1875年阿貝博士全家四口包括妻子及兩個女兒都生了一場大病，從鬼門關走了一趟回來後，阿貝博士對於工人晚年處境有很深感觸。現在工廠的顯微鏡都是按阿貝博士的理論計算生產製造的，賣得非常好，因此阿貝博士希望能分得按其努力所獲得利潤的一部份，蔡司師傅也很爽快地答應讓阿貝博士入股三分之一，如此一來阿貝博士就可分得全工廠利潤的三分之一。阿貝的夫人來自耶拿大學的教授家庭，因此夫人的兄弟姊妹在當時都有很不錯的經濟條件，1876年7月在阿貝夫人兄弟姊妹還有友人支助下，阿貝博士與蔡司師傅簽訂股份合同，正式成為工廠的股東之一。
隨著公司規模擴大蔡司從工坊(Werkstatt)成長為股份有限公司(Aktiengesellschaft)，1875年成立了蔡司員工健康診所，確保員工可免費接受診所醫師治療，並無償取得藥物。若員工因病無法工作，仍可領取6週全薪，並在接下來的6週內領取半薪。這些前瞻性福利制度，甚至早於鐵血宰相俾斯麥(Otto von Bismarck)於1883年推行的國家社會福利法案。
1876年第三千臺顯微鏡出廠了，此時員工人數已成長至60人。同年，蔡司之子Roderich Zeiss博士也加入公司，負責商業與行政事務，並於1879年成為合夥人。此外，Roderich Zeiss在顯微攝影設備的設計方面也做出了重要貢獻。老蔡司師傅本人仍每日積極參與公司運作。為表彰其貢獻，在長期合作夥伴、動物學家Ernst Haeckel教授推薦下，耶拿大學於1880年授予老蔡司師傅榮譽博士學位。
實例1. 蔡司複合式Stand II型顯微鏡，序號5567 (1882年)
實例1：蔡司網路資料庫至今仍保存該公司過去曾經生產製造過的顯微鏡出廠資料，誠屬不易。按蔡司原廠資料顯示，序號5566與5567號顯微鏡都屬於Stand II型，買家同一位是Den. Smith先生, 出貨地點英國劍橋(Cambridge)，生產製造時間1882年3月24日。目鏡是1902年的產品，A型物鏡是1875年製造生產，鏡環上刻著‟C. Zeiss, A”字體是手刻的草體。C型物鏡是1882年製造，刻著‟C. ZEISS, C”，字型是印刷體。
Carl Zeiss Jena Stand II No.5567出廠資料(1882)
5.4肖特博士
1879年一位年輕有才氣的化學博士奧圖肖特(Otto Schott)從魯爾工業區的維藤鎮(Witten)寄了一封信給阿貝博士，信中表示自己製作了一款摻了鋰元素(Lithium)的玻璃，因為比重變小了，所以他預期應該會有很好的光學特性，希望藉蔡司工廠設備協助測量玻璃折射率與色散值，好證明自己的猜測是正確的。
肖特博士來自維藤鎮的玻璃家族，父親西蒙肖特(Simon Schott)從事窗戶玻璃製作，這是來自亞爾薩斯玻璃工匠世家。在耳濡目染情況下，肖特從小便對玻璃產生興趣，長大後更下定決心念化學以便從事玻璃研究。1875年肖特取得耶拿大學化學博士學位。畢業後的肖特在家中建造一小型熔爐嘗試製作各種光學玻璃。其實早在肖特還是耶拿大學學生時便已久聞阿貝博士大名了。
人類四千年來玻璃都是這樣製造的，百分之七十矽砂原礦，百分之十五石灰，及百分之十五鹽鹼。所以想跟傳統作法不同意謂這可能是一條荊棘重生的小道。耶拿的消息回來了，肖特博士寄來的玻璃因為充滿條紋而無法進行光學量測。玻璃是混和物，各種原料必須在液態熔化狀下充分混和，因此在凝結前必須均勻攪拌，這是避免產生條紋的最重要步驟。要攪拌熔化的玻璃，一定得找到比玻璃耐高溫的材料來充當攪拌棒才行，肖特博士馬上想到荷蘭產的陶土煙管。
事實證明這個方法是管用的，肖特博士立即將新一批玻璃寄往耶拿鎮。1879年阿貝博士回信給肖特博士，第二批含有鋰元素的冕牌玻璃樣品可以進行實驗測量，但是其光學特性與傳統冕牌玻璃相比，沒有明顯差別。但阿貝博士回信的末尾提到雖然色散沒有明顯不同，但是已經可以看到部分色散值的改變，這是過去傳統冕牌玻璃不曾看到的，因此阿貝博士相信方向是對的。
1879年底，蔡司工廠員工人數還在持續成長，三位主要股東包含老蔡司師傅，阿貝博士及老蔡司的兒子Roderich Zeiss博士，都一致同意為了擴大規模，工廠需要再次搬遷，搬到了現今蔡司公司在耶拿的廠址。這一百年多來已經有不少人、包括英國及法國人都曾經想對光學玻璃進行改良但進展有限，肖特博士不是靠過往的科學文獻，而是靠自己的知識、經驗及敏銳思維，這就好比盲人伸手在森林中試圖摸索出一條正確小徑。阿貝博士雖然忙著工廠的搬遷，但與肖特博士的通信也從沒有間斷。1881年阿貝博士邀請肖特博士前來耶拿見面，而肖特博士也爽快答應，這年，老蔡司師傅65歲、阿貝42歲及肖特32歲。
當時在歐洲大陸彼端的美國成立了一個由科學家及醫生組成的委員會，針對美國及歐洲顯微鏡進行評定，結果認定歐洲產品中只有耶拿的器材可以與美國產品媲美，而蔡司的水平又高過美國產品，蔡司與耶拿幾乎成為德意志光學的代名詞，同年蔡司師傅獲頒耶拿大學榮譽博士學位，以表彰其對耶拿鎮的貢獻。與阿貝博士短暫會面並從耶拿回到維藤鎮後，肖特博士開始全面性的對玻璃進行基礎研究，肖特博士嘗試在玻璃中分別加入了磷酸、或硼酸、或氟化物，然後詳細記載添加物的含量，再將這些玻璃試品編號，寄來耶拿鎮供阿貝博士進行光譜與色散測量，然後阿貝博士又把量測結果寄回維藤，好讓肖特博士進行配方修正。
在超過一百次試驗後，1881年10月某一天阿貝博士的助手很激動地通知阿貝，第78號玻璃樣品與第93號玻璃樣品可以俱色散補償之功能，換言之，當光經過第78號樣品所製造的凸透鏡所累積的色散值，再經過第93號樣品所製作的凹透鏡，色散可獲得抵銷，如此一來使用第78號樣品與93號樣品做成的雙鏡消色差就可以消除大部分的色散，硼酸鹽決定了光學玻璃的命運。
耶拿實驗室的興奮是可以預期的，然而兩星期後的變化卻讓阿貝博士的臉再也擠不出笑容，新款玻璃不耐水氣，放置在空氣中，新玻璃與空氣中的水氣發生氧化作用，進而在玻璃表面產生不透明的混濁，新玻璃壽命很短。然而肖特博士並沒有被這個意外擊垮，1881年11月在第一百三十次試驗後，新玻璃耐水氣蝕問題終於解決了，肖特博士立即動身坐上前往耶拿的火車，和阿貝博士商討後續工作。阿貝與肖特見面後，阿貝隨即邀請肖特加入蔡司公司，1882年1月肖特博士移居耶拿並就此定居下來。
5.5肖特玻璃廠
阿貝、肖特及蔡司父子四人坐下來討論玻璃廠問題，年輕的肖特希望立即動工建立一大玻璃廠，然而蔡司師傅畢竟是精明有經驗商人，對這樣大投資無不感到憂心，玻璃廠規模及資金比起目前的顯微鏡廠要高出許多，單靠我們自己力量是不可能成功的，老蔡司師傅這樣表達自己看法。已經68歲的蔡司師傅已不再是當年敢於冒險的小伙子，他的心態隨著年齡增長逐漸趨於守成與謹慎。老蔡司師傅提出先建一個過渡性的玻璃實驗室，待量產問題及市場更明朗後，再引入外面資金與援助。阿貝同意老蔡司師傅觀點，因此大夥決定花費三萬五千馬克建製一個有煤氣爐、電動鼓風爐，及可以熔製八公斤坩堝，而不是先前在維藤那種只能熔製兩百公克的小坩堝。
從1882年~1884年，阿貝博士不斷在柏林進行遊說，很多科學界教授及朋友也都加入遊說行列，當時好的光學玻璃都由法國供應，若要發展儀器與科研，例如溫度計、軍事用測距儀、望遠鏡、海軍射擊標定系統、化學實驗等等，甚致於燈泡、火車訊號燈罩…都需要用到精密玻璃。再加上德法長期處於緊張狀態，前途實在堪慮。1884年阿貝、肖特及蔡司家族各負擔兩萬馬克，政府補助六萬馬克，總共集資十二萬馬克。實驗級玻璃廠終於開工了，廠址就選在河岸的鐵路旁，以便於運送原料。
1884年實驗級的肖特玻璃廠
實驗級肖特玻璃廠(1894)
玻璃廠在最初階段，耗費資金相當可觀，股東們為此憂心忡忡。年邁的老蔡司師傅忍不住對年輕的肖特博士抱怨起來。老蔡司師傅說，熔爐每天燒掉六千磅煤，爐子不燒時也不能熄火，為此每天白白浪費掉四千磅煤，另外，每次熔燒所耗費的玻璃砂及化學原料大約一百馬克，三名看管熔爐的技術人員薪水也不低，月薪水支出兩千五百馬克，這簡直是一座壓得我們喘不過氣來的大山。阿貝在得知老蔡司師傅的抱怨後，出面幫年輕的肖特博士緩頰，阿貝告訴老蔡司師傅，我們生產用來製作溫度計的玻璃已經取得很好成果，很快就可以進行大量生產了。果然不出所料，標示16-III型號紅色商標的耶拿耐熱玻璃上市後獲得極佳好評，在往後的六十年間，這款耐熱玻璃成分幾乎不曾更改。之後化學實驗容器用玻璃，燈泡用玻璃….，需求不斷湧進耶拿，耶拿逐漸成為全德國從事光學與玻璃研究的人才所嚮往之聖地。
耶拿鎮的光學玻璃
肖特玻璃廠(1900)
肖特博士對硼矽酸鹽玻璃的開發是材料科學史上的關鍵突破。以商標『DURAN』玻璃為例，其成分80%二氧化矽(SiO₂)、13%三氧化二硼(B₂O₃)，並加入少許氧化鈉(Na₂O)與氧化鋁(Al₂O₃)作為添加劑。這種配方賦予玻璃優異耐水解性與機械強度，使其非常適合用於承受熱應力與化學侵蝕的實驗室器材與工業元件。以往在寒帶，燈泡玻璃很容易因為溫度下降而破裂，火車信號燈的燈罩也很容易在下雪天破裂。硼矽酸鹽玻璃膨脹係數僅3.3 × 10⁻⁶/K，該款玻璃在加熱或冷卻過程中所產生的內應力大幅降低，因此得以解決上述問題。
傳統冕牌玻璃折折射率1.5，色散輕微，傳統火石玻璃折射率1.6但色散嚴重。肖特博士在1886年《Schott & Genossen》的玻璃目錄中，把冕牌玻璃折射率提高到1.6，但色散卻沒有明顯增加，透過精確控制色散值的火石與冕牌玻璃，可互補搭配來達到降低整組透鏡總色散值的目的，並達到複消色差(Apochromatic)效果。1883 年秋季，第一枚使用肖特玻璃製作的複消色差顯微鏡物鏡獲得成功。
天然螢石
此外，如果可找到一種玻璃，這種玻璃本身的色散值就很小，那就太完美了，不但無須用到火石與冕牌玻璃來設計透鏡，而且單片透鏡的效果也會比兩片式透鏡效果更好，這種夢幻材料就是『螢石』(Fluorite)，又稱『氟石』。現今生產人工螢石已經不再是遙不可及技術，但是在阿貝博士那個年代，工廠還無法製造人工螢石，因此只能從少量天然螢石礦中，挑選並切割出透明度最高、雜質最少的部位研磨成顯微鏡的鏡片。
因為天然螢石蘊藏量很少因此價格高昂，而大部分德國用的天然螢石都從瑞士進口。當時採用天然螢石做成的顯微鏡，其清晰度在當下是最佳的，這使得晚年的阿貝就像淘金客似地狂熱迷上這種夢幻寶石。阿貝成天與妻子在山裡尋找礦源，因而結識了不少山裡的獵人、柴夫、旅店老闆及登山客。
1945年6月肖特玻璃廠技術人員及其家人總共145人被送往德國西部
第一次世界大戰為肖特一家帶來了沉重打擊：長子Rolf於1917年在戰場上陣亡，這一悲劇凸顯了戰爭期間許多德國家庭所承受的巨大犧牲與深遠影響。巧的是法國光學玻璃大廠Parra-Mantua老闆唯一兒子1916年也在戰場上陣亡。此後不久，次子Erich加入家族企業，在動盪不安的時期協助維持公司運作。第二次世界大戰後，肖特玻璃廠(Schott AG)所在的耶拿鎮被蘇聯佔領，1945年6月，41名肖特玻璃廠技術人員及家人總共145人包含肖特博士次子Erich，乘坐兩支美國軍用運輸車隊從耶拿鎮被送往德國西部的美國佔領區。1952年在西德的美因茨市(Mainz)重建熔爐生產光學玻璃。
肖特博士次子Erich在肖特美因茨玻璃廠的演講(1952)
肖特美因茨玻璃廠的第一鍋玻璃出爐(1952)
1950年代末，西德實現了充分就業。美因茨肖特玻璃廠已無法滿足快速成長所的勞動力。在高度機械化生產過程中，除了機械手臂外，仍需大量人工，用於搬運電視玻璃組件、包裝實驗室玻璃器皿以及分類有缺陷的玻璃。無論是加強對德國年輕人培訓，或是在全國各地進行招募活動，都未能從根本上緩解缺工狀態。 因此，人力資源部只好將目光投向了海外。首先，美因茨的招募人員檢視了工業發展程度較低的南歐地區，特別是熱門度假勝地義大利和西班牙的勞動力潛力。第一批外籍員工於1960年抵達肖特公司包含263名義大利人、76名西班牙人和17名「其他國籍」員工。這立即占到了肖特美因茨廠員工總數的10%。
1950年代末來自義大利、葡萄牙、希臘、西班牙、土耳其和南斯拉夫的移工
5.6 雙筒望遠鏡
雙筒往遠鏡(Binoculars)是蔡司企業繼顯微鏡之後，第二個暢銷光學產品。伽利略式(Galilean)望遠鏡的優點是能夠呈現正立的像，但視野較窄，放大倍率不高。克普勒式(Keplerian)望遠鏡可以獲得更清晰影像和更高放大倍率，但缺點是會產生倒立的像。雙筒望遠鏡(Binoculars)若要解決克普勒式望遠鏡倒立影像的難題，可以透過在物鏡與目鏡間增加中繼透鏡(Erecting lenses)把倒立的像反轉過來，但是這麼一來望遠鏡長度勢必會變長，實用上不利於軍官攜帶。
1854年義大利科學家Ignazio Porro (1801-1875)發明了使用稜鏡來校正望遠鏡倒立成像的缺點，並申請了專利，稱為‟Porro prism”設計。此外，由於光線在兩個稜鏡間轉折傳播，宛如一條長線被折彎，從而使得望遠鏡在外形上比當時傳統長筒式結構更加緊湊，更便於軍官攜帶。1870年Ernst Abbe 設計改良了一款菱鏡(Prism)式的望遠鏡，並於1873年在維也納展示，稱為‟Abbe-Koenig prism”設計，但生產製造時間延宕了幾年因為沒有合適玻璃，直到1888年，肖特(Schott)博士的重冕玻璃量產後，Ernst Abbe才重新啟動了先前的雙筒望遠鏡計畫，並於1893年申請專利，隔年獲得帝國專利DRP 77086 (1893)，美國專利則是US 584976 (1894)。剛推出時有4x11、6x15及8x20三款，售價分別是120、140及160馬克。1895年推出10x25款。
1902年英國與南非荷蘭裔統治的南非共和國(South African Republic)爆發波耳戰爭(Boer War)，英國人驚訝發現對手使用的蔡司雙筒望遠鏡(Binoculars)效果比英國產品好，因此從1914年開始改用蔡司或類似複製品的雙筒望遠鏡。
摘自Binoculars Collection
1893年製造一批雙筒望遠鏡雛形品供德國砲兵測試委員會(Artillerie-Prüfungskommission; APK)測試，1895年通過測試，因為一開始便是針對軍用而設計，因此初期採『斜肩』(Bent shoulders)式設計以利排水，在下雨或下雪天裡，軍官掛在脖子上的望遠鏡便不致於因積水而滲進內部。初期無論軍用或是民用都採『斜肩』設計，但是很快地便修改成『平肩』設計。從1895-1906年間生產的『斜肩』樣式望遠鏡估計總量應該不超過三萬支，軍用版的數量可能低於兩萬支。軍用版與民用版最大的差別在中間旋扭，旋扭大的是軍用版的，民用版的旋扭較小。
因為是1895年通過德國軍方測試，因此這支特別為軍方量身打造的8x20雙筒望遠鏡便被稱為『95年版』。一開始，軍官以私人方式購買，並在軍官間廣受歡迎，其後便納入德國陸軍的集中採購體系。本文我們只想針對蔡司早期斜肩軍用版8x20雙筒望遠鏡做討論，以下有幾款不同銘文的版本。
95年式軍用版(一)，摘自Binoculars Collection
5.6.1第一款(1899)：
雙筒望遠鏡的右肩刻著草寫體‟Carl Zeiss Jena”，左肩刻著‟D. F. 95, 6+”， D.F.是Dienstglas Feldstecher的縮寫，德語Dienstglas是勤務用光學器材之意，Feldstecher則是野戰雙筒望遠鏡。95是指1895年版。
95年式軍用版(二)，摘自Binoculars Collection
5.6.2第二款(1900)：
雙筒望遠鏡的右肩刻著草寫體‟Carl Zeiss Jena, D.R.P.”， D.R.P.是指該產品有帝國專利保護之意。左肩刻著‟O.D.F. 95, P. No.2078”，O.D.F.是Offizier Dienstglas Feldstecher的縮寫，Offizier德語軍官之意，Dienstglas是勤務用光學器材，Feldstecher則是野戰雙筒望遠鏡。95是指1895年版。P. 是Privatnummer德語私人之意，意謂這支望遠鏡是軍官的私人財產，財產編號為No.2078。
95年式軍用版(三)，摘自Binoculars Collection
5.6.3第三款(1901)：
雙筒望遠鏡的右肩同第二款。左肩刻著‟D.F. 95, No.3717”，代表這支望遠鏡是軍隊發放的，不是私人財產，軍隊產編3717號。
95年式軍用版(四)，摘自Binoculars Collection
5.6.4第四款(1901)：
雙筒望遠鏡的右肩同第二款。左肩刻著‟ Fussartillerie D.F.95 No.4664”， 其中Fuss是德語徒步之意，Artillerie則是砲兵。換言之，這支望遠鏡軍隊產編4664號，隸屬於步兵營的砲兵連隊。
95年式軍用版(五)，摘自Binoculars Collection
5.6.5第五款(1904)：
雙筒望遠鏡的右肩刻著草寫字體刻印‟Carl Zeiss, Jena, DRP”，左肩刻著‟ D.F. 8x, P. No.3434”，代表軍用95年式，8x20放大倍率，私人財產，產編3434號，望遠鏡製造流水號13676，因此是1898年生產製造的。
95年式軍用版(六)，摘自Binoculars Collection
5.6.6第六款(1905)：
望遠鏡是軍隊探查戰場狀況的最基本配備。德國政府在1898年之前禁止軍用雙筒望遠鏡出口，但後來禁令取消，為此Armee Modell的雙筒望遠鏡開始可出口到世界許多國家，尤其是瑞士。雙筒望遠鏡的右肩刻著‟1905 Carl Zeiss, Jena. Pat. +7791”表示生產日期是1905年，且該望遠鏡已通過瑞士專利，號碼7791，+則是瑞士國徽。左肩刻著“Armee Modell Vergr. = 8”，德語Armee是指軍隊，Modell則是款式，代表軍用款式，放大倍率8x20倍。
民用款，摘自Binoculars Collection
5.6.7民用樣式
民用款的蔡司雙筒望遠鏡，右肩刻著草寫體‟Carl Zeiss, Jena, D.R.P.”， 左肩刻著‟ Jagdglas Vergr.=7 1/2”， 德文Jagdglas是指狩獵用雙筒望遠鏡，Vergr.是Vergrößerung的縮寫，是放大倍率7又1/2倍之意。
實例2. D.F. 95, No.5793
實例2：這是屬於第四款斜肩軍用版8x20雙筒望遠鏡，非私人財產，部隊財產編號5793，帶火焰的炸彈圖案是德帝國陸軍擲彈兵團(Grenadier-Regiment)的標誌。蔡司出廠的產品編號No.12197，1898年生產製造。
對蔡司影響最深的三位博士(1898)
顯微鏡與望遠鏡的技術難度沒有攝影鏡高，蔡司在1890年代決定投入攝影鏡設計與開發，其關鍵人物是蔡司攝影器材部主任Paul Rudolph，關於這段故事讀者可參考我們另一篇文章《攝影鏡故事第貳講，老銅鏡》。
未完待續!!
參考文獻
[1]弗里茨.舍費爾著，胡仲華、陳韻秋譯，”玻璃的奇蹟—蔡斯，阿貝，塑特創業史”，上海藝文出版社發行，中國，1982年。
[2]吳謀泰、李廣聞譯，”光學工藝”，徐氏基金會出版，台北，1991年。
[3] A. Macleod, “The early days of optical coatings”, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 1, pp.779, 1999.
[4] E. Kaprelian, “Recent and Unusual German Lens Designs”, J. Opt. Soc. Am., Vol. 37, No. 6, pp.466-471, 1947.
[5]E. Kaprelian, “Lens Oddities, Popular Photography”, pp. 82-83, April, 1947.
