ZEISS SONNAR餘暉依舊閃耀(下)

繼承與創新

Weifu Lin | 林渭富
獨眼龍の國
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19 min readOct 18, 2021

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因ERNOSTAR失業,因望遠鏡而復歸

有限光源(available light)攝影探索室內場域的光影與人物,成了一種創作靈感的新來源與文化現象,但這股熱潮並沒有為伯特利自身帶來太多好處。事實上,還讓他丟了飯碗。

伯特利設計的ERMANOX相機上市後,獲得使用者和輿論高度讚賞,厄納曼公司設計部門主管克魯格哈特(Dr. August Klughardt)博士,則一心想要沾光。克魯格哈特最初也在羅得司敦(Rodenstock)擔任眼鏡設計人員,深知伯特利的天分;他轉任厄納曼(Ernemann)公司設計部門主管後,更引薦伯特利來任職。他並非ERNOSTAR高速鏡頭的設計者,卻企圖將發明佔為己有,對伯特利的態度極其惡劣,雙方發生了數次衝突。

失望之餘,伯特利主動離開了厄納曼公司,時間大約在1923年底到1924年初之間。根據伯特利的回憶,離職後有一段時間,他從事的是雕刻門牌的技工。

伯特利當然志不在此。他在羅得司敦的學徒期就接觸過雙筒望遠鏡接目鏡(ocula)的相關技術與知識,當時的雙筒望遠鏡目鏡普遍視野狹窄、影像有嚴重像差,中央畫質與邊緣畫質相差極大,卻苦無有效的解決方案。

伯特利設計的雙筒望遠鏡新型廣角接目鏡(1924年)。圖片來源:德意志專利局 (DE427048)

厄納曼公司的產品線的主力產品是電影放映機,但是也製造雙筒望遠鏡。伯特利決定把握這個機會。為了證明自己的才能,伯特利必須要有突破性的發明,他決定開始研發雙筒望遠鏡的新型廣角接目鏡。

或許是早有腹案,或者是天分驚人,在短短三到四個月內,伯特利就完成設計並提出了新專利申請(德意志專利DE427048)。這個廣角接目鏡是一大創新,有人說它看起來不像接目鏡,而像是相機鏡頭,效果十分理想,而且這個設計還能應用到其他精密光學儀器,像是顯微鏡、經緯儀、潛望鏡的目鏡上。

伯特利帶著新專利,回頭找厄納曼公司大老闆亞歷山大・厄納曼(Alexander Ernemann)談判,允諾在保留部分權利的前提下,將專利讓渡給公司。這次懇談讓老闆龍心大悅,盡釋前嫌。最終伯特利重新回到厄納曼公司擔任光學設計部門主管,這一年,他24歲,大學沒畢業。他的辦公室就在德勒斯登著名地標「厄納曼塔」(The Ernemann Tower)內。

而扮演黑臉的前任主管頂著博士資歷卻騎虎難下,最後不得不捲鋪蓋走人。這個大逆轉,簡直比三立電視肥皂劇還要精彩!

伯特利復歸後繼續ERNOSTAR高速鏡頭研發,直到1926年,厄納曼決定與柏林的GOERZ、斯圖加特的CONTESSA-NETTEL、德勒斯登的ICA一起加入蔡司,組成蔡司伊康(ZEISS IKON)集團。但是蔡司自家就有光學設計部門,伯特利等人何去何從?所幸蔡司僅僅裁撤了厄納曼公司的部分勞工,仍然保留伯特利的光學設計部門。

1929年,伯特利又有了新的想法:他想到美國去看一看那個「有著無限可能的新世界」。於是他再一次提出辭呈,離開了蔡司伊康,花了三個月的假期遍遊美國各地。

SONNAR的誕生

長假結束後,伯特利返回德勒斯登。美國之行是否帶給他更多的設計靈感?或者……改變了他本來想移民美國的夢想?可能都有,我們不得而知。但長途旅行增廣見聞,身心也能獲得休憩,對任何年輕人來說,肯定有助於展開人生的下一步。

但是,邁出步伐之前,他必須再一次向業界證明自己的能力。

這一次他提出是SONNAR的「原型」 — — 事實上當時還沒有名字 — — 主要以1923年的ERNOSTAR為基礎,思考如何改良,提出更實用的新型。

根據伯特利的構思,ERNOSTAR還可以進行改良,或者說,「回歸」到庫克三分離式鏡片(Triplet)設計,將原先的四群獨立的鏡片群減少至三群,目的是減少空氣接觸面,在無抗反射鍍膜的條件下,降低25%的耀光鬼影,進一步提高鏡頭速度。

由於在厄納曼時期深刻體會到專利保護對於發明人的重要,伯特利決定先以個人名義,於1929年夏天提出了專利申請。這也成了他重回蔡司伊康時,最強而有力的個人履歷。原則上,專利發明的著作權歸於雇主所有,但伯特利在回到蔡司之前就提出了專利申請,這意味蔡司取得第一張SONNAR原型專利之前,曾與伯特利達成了「某種程度」的協議,因此他個人的名字並未出現在專利文件上。

伯特利的創見獲得蔡司的信任,他重回工作崗位,繼續開發可用於35mm電影底片格式的SONNAR高速鏡頭。

在此之前(1925年),徠茲(Leitz)的Leica I型上市造成大轟動,掀起了一股追逐小型相機的熱潮。接下來,伯特利還必須面對兩場重大戰役:一是蔡司與徠茲爭奪使用35mm電影底片格式的連動測距相機王座;另一場則是即將讓德國全盤皆墨的第二次世界大戰。

首張SONNAR原型專利文件。注意專利中宣稱此一實用新型的「最大光圈可達f/1.6」!圖片來源:德意志專利局(DE530843)

SONNAR命名由來

關於「SONNAR」,這個作為一個便於使用者記憶、口耳相傳的商業名稱(trade name),竟然也有各種傳說,多年來各有擁躉者。

包括學者冼鏡光、京斯萊克(R. Kingslake)、維基百科德文版撰文者在內,許多傳說或資料來源都指出:「SONNAR」這名字實際上來自於巴登符騰堡邦斯圖加特(Stuggart)的Contessa-Nettel折疊蛇腹相機所搭載的鏡頭:Sonnar-Anastigmat 13.5cm f/4.5」。這隻鏡頭的光學結構接近TESSAR,使用6╳9格式的中片幅底片。

Contessa-Nettel本身又是由兩家德國的相機小廠合併,其中的Nettel位於巴伐利亞邦的松泰姆(Sontheim),該地的紋章上有「半個太陽符號」,所以也有一派人士認為SONNAR名字來自於松泰姆地名的字首,後面加「-AR」則是當時對鏡頭命名的常見慣例。無論如何,1926年蔡司伊康的大併購後,這些品牌與商業名稱,都成為蔡司旗下可運用的資產。

順便一提,日文使用「ゾーナ」片假名標示,發音清楚易懂;而漢語世界一般音譯為「松納」,也有索納、聲納等惹人遐想的各種奇妙諧音,大多是想怎麼寫就怎麼寫,總之沒有翻譯守則,一團混亂。為避免誤解,本文使用原文SONNAR,特指其光學結構時則使用「松納」的漢語音譯。

這些資訊過於繁複,今日的蔡司官方只簡單地指出:「SONNAR」源自德語「SONNE」,意為「太陽」,意圖將鏡頭的明亮特性與太陽緊密聯繫在一起。這種宣言九成九是自我吹噓,卻十分正確。

(左)1932年的蔡司SONNAR,今日仍在官方產品目錄當中,結構則略有變化。右圖:SONNAR命名官方定義:源自德語「SONNE」,意為「太陽」。圖片來源:蔡司官網

在上世紀三〇年代抗反射多層鍍膜、高折射率玻璃材料尚未問世,松納結構的特色確實符合以下描述:

1. 同時具備明亮的大口徑、體積小、有效輕量化。2. 採用高屈光率鏡片大量貼合、減少空氣接觸面及鬼影,未使用超高折射率玻璃,是無鍍膜或單層鍍膜時代的合理設計。3. 後焦距較短,適合連動測距(RF)系統的標準鏡頭、單眼反光相機(SLR)系統的中長焦距鏡頭。4. 先天不對稱的光學結構,取得了更多校正色差(chromatic aberration)的自由度。5. 整體畫面反差對比更為平衡,散景的感覺(ボケ味)平順悅目。

上述這幾點特色,同時也隱含了部分限制:

1. 高速鏡頭零售價格不斐。2. 高屈光率的鏡片研磨與組裝技術考驗熟練工匠技術,維護保養不易。3. 標準鏡頭或廣角焦距的設計最後一片鏡片貼近底片或感光元件,與後來興起的單眼反光相機的反光鏡發生衝突。4. 先天不對稱的光學結構,不能靠前後鏡組的對稱性自動抵銷部分的光學像差。

1932年,蔡司宣布推出CONTAX I型,正式向徠茲的徠卡系統宣戰。這次是有備而來。

CONTAX I型和徠茲的Barnck LEICA II 皆使用機身內建的連動測距機構(Meßsucher),以及35mm電影底片,片幅尺寸為24╳36mm(即今日慣稱的「全片幅」)。除此之外,兩者幾乎沒有相同之處。

機身規劃設計由伊曼紐・戈德堡(Emanuel Goldberg)以及海因茲・居本賓達(Heinz Küppenbender)負責,機身大膽採用當時的新材料「矽鋁明合金」(Silumin)鑄造、不用橫走式布幕快門改用縱走式金屬焦平面快門(最高快門達1/1000秒),這些既複雜又先進的規格都是業界創舉 — — 如果一切運行順暢的話。

CONTAX I型初期版本的連動測距器基線(baseline)長度達到103mm,遠遠超過同時期Barnck LEICA II 的基線(38mm)。同樣條件下,連動測距相機的基線越長,對焦精確度越高。

CONTAX I型問世頭兩年,蔡司一口氣推出了10款可交換式鏡頭,光是5cm的鏡頭焦距就提供了四種選擇,陣容可說是超級豪華。其中的SONNAR 5cm f/1.5,是第二次世界大戰爆發前,35mm小型相機系統最高速標準鏡頭。伯特利同時也提供了「比較便宜」的f/2.0版本。不過,這一時期的產品都沒有鍍膜:

SONNAR的早期設計,根據魯道夫・京斯萊克(Rudolf Kingslake)著,A History of the Photographic Lens,第113頁內容重新繪製。繪圖:Weifu Lin

此後,CONTAX I型不斷推出改良機型,無論是技術創新與價位都領先群倫,但由於複雜的機械結構以及更加複雜的歷史因素,最終使得CONTAX競爭力大減,難以撼動徠卡的地位。

然而,當代攝影專業人士與業餘愛好者卻喜歡把蔡司的SONNAR高速鏡頭轉接到徠卡機身上使用 — — 因為徠卡自家的大光圈高速鏡頭,還要好幾年才會出現。此是後話。

SONNAR 專利的終結

伯特利的松納結構設計源於他自己的ERNOSTAR,為了使最大光圈進一步提升,光圈葉片之後的鏡群也隨之改變:我們看到的是第二組巨大的、彼此貼合的三合透鏡(glued triplet)。

在某些情況下,三合透鏡也可以改為貼合的雙合透鏡(doublet)。其中,彼此貼合的兩枚透鏡有很強烈的曲率(如圖中的紅線所示),朝向相機的底片或感光元件平面。

這一特徵,迄今部分仍殘留在後代各家光學業者設計的經典松納式結構之中。

此一強烈的曲面,不僅考驗研磨技術,同時也產生了「負高階球面像差」(negative high order spherical aberration),這被伯特利用來校正前群鏡片所產生的像差,產生「以毒攻毒」的抵銷作用,後來被尼康稱之為「制動器面」(stopper plane),實際上可以理解為一種「像差修正用的曲面」。

這個三合透鏡組合的玻璃材料的折射率經過精心挑選,與前群的三合透鏡搭配,能有效修正彗星像差(coma)與球面像差,且修正像差的效果優於他的前代ERNOSTAR設計。

可以說,一款有著現代性意義的,全方位都有均衡表現的標準焦距鏡頭(視角40°–60°之間),就此誕生了。

二戰前高速望遠鏡頭的原型:Olympia Sonnar

松納式結構本身的不對稱性具備明顯的正屈光度(power),因此相當適合應用在標準鏡頭到中距離,乃至於望遠鏡頭,不利於應用在超廣角鏡上。反過來說, 一旦需要輕便、高速的中、長焦距鏡頭,松納結構就非常適合。這一時期,許多經典的85mm、105mm、135mm都源於松納結構,直到今日仍是放之四海皆準的基礎,而它在二戰前就已登上奧林帕斯頂峰 — — 那就是染上神話色彩的「奧林匹亞的SONNAR」(Olympia Sonnar)。

德國導演蘭妮・萊芬斯坦(Leni Riefenstahl, 1902–2003)運用驚人運鏡手法開創了電影(以及政治宣傳)的新視野。她在1936年柏林奧運紀錄片中使用的攝影器材,就有CONTAX相機與35mm電影鏡頭,其中也包括蔡司的Carl Zeiss Jena Sonnar 18 cm f/2.8。

(按:在當時搭配CONTAX相機,還需要加裝一個「Flektoscope」的反光鏡配件)

它成了一個劃時代的高速影像原型與象徵。配合著當時底片乳劑技術的進步,攝影者終於可以在開放光圈的設定下,輕鬆拍攝運動員奔跑、跳躍、游泳、體操動作……,既能紀錄下高速動態影像細節,整體帶有柔和平順的畫質,又有細膩的對比。這樣的光學成就儘管已是明日黃花,卻很容易被後人追捧神化 — — 對毫無思辨基礎的人來說,奧林匹亞SONNAR更成了法力無邊的魔杖上鑲嵌的神秘寶石。

奇怪的是,它神秘地消失在蔡司耶拿的官方文件中,今天你無法在德國專利局中找到現存檔案,而美國專利局文件中顯示的構型,與實際量產又不盡然完全相同。

美國專利局文件(左)顯示的構型與實際量產不盡然完全相同,這並不罕見。圖右為PENTACON SIX版本的Carl Zeiss Jena Sonnar 180 mm f/ 2.8。

第二次世界大戰改變了德國與蔡司伊康的命運,SONNAR開啟了另一階段的命運之門,一扇門朝向蘇聯,另一扇門則面向日本。

德國淪為戰敗國的代價之一,就是戰前的海外資產、科學研究、智慧財產權,幾乎全部被迫放棄並向世界公開,譬如今日眾人熟知的阿斯匹靈(Asprin)就是德國拜耳的專利。前蘇聯以賠償為由,大肆掠奪德東佔領區內所有光學材料、精密機具以及科研人才,重心位於耶拿、德勒斯登的蔡司公司損失尤其慘重;而同為戰敗國的日本的光學製造廠商,則在美軍佔領期間「獲准」仿製德國光學製品,SONNAR只是眾多智慧結晶之一,這也正是二戰後德國光學顛峰的各種山寨仿製品突然大量出現在市場上,當事人卻沈默無聲的根本原因。

儘管出身不正,這些仿製品多多少少還是繼承了部分原創的血統與巧思,有些仿品竟也成功躋身光學史一隅,成為業餘愛好者「便宜又大碗」的最佳選擇。像是前蘇聯的JUPITER系列產品,其中絕大多數是SONNAR仿造產物(僅有少數是例外)。

日本戰後在美軍佔領下陸續開工生產的標準鏡頭、中長焦距的鏡頭,很多都是松納式結構。像是日本光學(Nikon)的Nikkor-Q.C 13.5cm f/4、NIKKOR-P 10.5cm f/2.5、Nikkor P.C 8.5cm f/2、Nikkor-S.C 8.5cm f/1.5……諸如此類族繁不勝枚舉。當時日本國內物料奇缺,不可能儲備所有稀有的玻璃配方,必須從藍圖重頭開始繪製並計算。但直接取用德國設計,再加上韓戰爆發造成需求暴增,為日本光學產業的復甦帶來非常大的助益。

二戰後德國不幸陷入分裂。在蔡司的重建計畫中,SONNAR在東、西德兩地都成功復活,不斷繁衍新品系譜,其中不乏經典之作。最驚人的,莫過於蔡司為哈蘇中片幅相機設計的SONNAR SUPERACHROMAT「超消色差」系列,光學校正等級超越了APO複消色差,可以稱得上是SONNAR的「新奧林帕斯」顛峰。

超消色差等級的SONNAR,部分產品專為科學研究製造,光學校正的程度遠遠超過業餘愛好者所需。圖片來源:哈蘇產品型錄(2002年)。
根據蔡司官網產品技術文件重新繪製的示意圖。繪圖:Weifu Lin

SONNAR的廣角化:FIRST BIOGON

前面提到「松納結構不利於廣角鏡頭設計」的說法,乍聽之下頗為合理,但第一個舉手反對的,可能就是伯特利本人。

蔡司的CONTAX 系統的鏡頭陣容需要一款大光圈廣角鏡頭,原有陣容中的廣角鏡頭是TESSAR 2.8cm f/8,而徠茲的HEKTOR 2.8cm 最大光圈是f/6.3,兩者都遠遠稱不上「高速」。

伯特利開始思考如何滿足系統需求。首先,全片幅系統中,35mm焦距的視角約為63°,而原有的松納結構在63°視角時的像散(Astigmatism)會急遽增加,這是伯特利必須解決的問題。

根據京斯萊克的見解,梅耶(Meyer)的Miniature Plasmat的混血式設計可能帶給伯特利部分的靈感 — — 它有半截使用的是高斯設計,另外半截使用的是分離式(Dialyte)設計。

雖然梅耶光學的設計很短命,伯特利卻善用了這一特質來建構他的新型廣角鏡頭:

初代BIOGON的專利概念圖,前群的三合透鏡尺寸明顯縮小、後群鏡片分離,並放大尺寸,顯示其原型來自SONNAR。圖片來源:德意志專利局(DE652062)

他將SONNAR結構前群的三合透鏡「縮小」、將後群鏡片分離,並放大尺寸(如概念圖所示)。這個1934年取得專利的概念,繼承了SONNAR的高速血統,同時擁有至少60°的廣角視野,最大光圈可達f/2.8。

伯特利顯然很喜歡這個想法。經過不斷微調改良,初代原型的配置有所變化,蔡司伊康最終將其命名為BIOGON,於1937年正式發售。由於後鏡組過於深入機身內部,鏡片幾乎要觸及金屬快門葉片的閉鎖機構,因此只能安裝在CONTAX II/III型,而無法裝在CONTAX I型上。

二戰後,BIOGON的結構又有了更加劇烈的革命性變化,成為我們今日熟知的對稱式超廣角鏡頭設計,催生者仍是伯特利本人。有機會再另闢新文章詳談這個主題。

製作實體原型而非依賴計算力

攝影的世界,如果不是大部分,至少有部份根基是由幾何光學(Geometric optics)構築而成的。人們為了要破解光的神秘,往往殫精竭慮地耗費心力在對數表、三角函數的複雜運算中。科學家陸續導出各種像差計算以及成像公式,這些運算的限制在於:如果不精確到小數點後五位數(或更多位數),結果就「不夠精確」。

荷蘭攝影史學者歐文・普茲(Erwin Puts)曾指出:20世紀三〇年代,靠著對數表,每人每日只能完成50道運算式。每道運算式都必須檢查兩遍,因為在計算、抄寫數字時很容易發生錯誤。這些運算即使有了手搖計算器的協助,仍然耗費大量人力與工時,而且欲速則不達。

當代的光學製造業者傾向於製造實體原型(archetype),使用投影檢查、實際拍攝、沖片、放相,並以人眼檢驗最終成像表現。不僅徠茲公司如此,其他業者如蔡司也如是。

二戰前,為了研究與驗證的需要,蔡司光學設計部門內有大量的原型試作品,光是SONNAR的各種原型就超過30件以上,有些沒有進入量產的概念原型,可能僅此一件。戰後全數遭到盟軍沒入,日後流落至民間拍賣場,幾乎都成了私人收藏品。幸運的話,我們或許能在拍賣網站上看到這些原型鏡頭曇花一現的芳蹤。更幸運的是,蔡司的威利・墨爾特(Willy Merté)仍保留了部分設計圖與測試圖表,這些文件輾轉來到義大利攝影史學者馬可・卡維納(Marco Cavina)手中,今日我們還能在卡維納的個人官網中,看到當年伯特利開發SONNAR的第一手資料。

審美的退卻與再現

傳統底片兵敗如山倒、數位大軍壓境的時代來臨,感光元件進步一日千里。攝影在上一世紀五〇年代,單眼反光系統(SLR)興起稱霸數十年,松納結構「鏡後焦距短」,標準鏡頭與廣角鏡頭後鏡組深入機身,往往與SLR的反光鏡設計產生了衝突。再加上蔡司戰前秘密開發的抗反射鍍膜(T coating),使得變型雙高斯結構(Unsymmetrical Double-Gauss type)敗部復活,成為大光圈高速鏡頭的主流設計。松納結構不得不退居二線,或朝中、長鏡頭焦距發展。

三十年風水輪流轉,無反光鏡可交換鏡頭(MILC)系統崛起,松納結構的標準鏡頭再度重返戰場,證明它確有其光學上的價値與意義。

富士軟片推出現代新款(逆望遠混血式結構),同時維持舊款(松納式結構)設計的原因為何?富士軟片光學設計部門的主事者或許是在數位影像的研發過程中,切身體驗到了松納結構的影像特質:

舊設計殘留的光學缺陷,與反差對比的還原力之間維持了絕妙平衡。被攝主體能保有銳利的外觀輪廓,極細節對比略有下降,帶來更適合人眼的視覺感受以及柔順、優美的散景味。這些「感官的感受」,不是透過數據分析,而是從拍攝作品中實際體會到的美學層面。

新時代電腦輔助與人工智慧的導入,幾何光學的複雜成像公式的運算力輕鬆超越人類百萬倍,出錯率更遠低於人類。設計者很容易放棄對傳統光學經典的信任,而將一切交由數據決定。每次運行MTF測試,動輒產出數百、乃至上千張測試報表,讓設計者挑選「最好」的設計。如果不滿意,隨時都能重來一次。

如果人類的時間不再是最貴重的成本,那麼最終的設計就很容易失去平衡,導致一種數據至上的極端主義。

人們開始追求全畫面均質化、筆直一如死亡心電圖的MTF曲線、畫面中心與邊緣的光學素質「一視同仁」、宛如生理切片般銳利的成像特色,與傳統底片時代的舊世界全然不同 — — 這些特性,與伯特利、魯道夫時代的實拍、投影檢驗,兩者有顯著的認知差異。

人類的審美觀點並非變得更加寬廣,而是陷入碎片化的微觀世界。

原本只在實驗室由光學專業人員判讀的各種圖表與數據,現在直接轉換為叫賣推銷的廣告文宣品;網紅越俎代庖,毋須專業也能開箱兼拍女體,公關公司輕鬆就能寫出供網民意淫的鏡頭「偽測試報告」;業餘休閒愛好者身兼無聊網民,對任何數位圖像一概放大至400%以上的馬賽克,一一加以檢視分析,對著拼圖碎片搖頭嘆息,評論三句不離「非常銳利」、「有點不夠銳利」、「要是能再銳利一點就好了……」的像素窺視狂眼界。

至此美學不再重要,因為消費者充當新時代僭主,向來只需享樂,不需思辨。矛盾的是:享樂本身更需要進一步的昇華,否則失去了人之所以為人的精神意義,感官麻痺後立刻就會陷入生存的危機。這,只是另一場價値哲學的開場白而已。

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