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來源：軍武速遞官方

注： 本篇 文章的視頻版，已發(fā)布在《楊叔洞察》B站號

先給大家講一個故事吧，如果你對西方近代藝術有所了解，會發(fā)現(xiàn)一個奇特現(xiàn)象：從15世紀的文藝復興開始，油畫的人物大量出左撇子，左手翻書，舉酒杯，革命者舉起左拳，士兵用左手敬禮。

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此前中世紀類似的宗教畫，大多數(shù)人物形象呆板，嚴格來說更接近平面圖案。而到了15世紀30年代，歐洲的繪畫藝術，不僅造型生動，光影和諧，甚至連衣服的褶皺都處理的非常自然，除了色調，幾乎能與單反照片媲美。但是，要達成這樣的技藝，需要長年累月的練習，不可能在短時間內突飛猛進。

那這一連串的巧合，引起了英國著名現(xiàn)代畫家大衛(wèi)·霍克尼的興趣。于是，他將歷代油畫杰作按時間，排成21米的長墻，進行研究。最終，他得出一個大膽的推論：這些寫實派畫家的秘訣，就是暗箱操作，他們的畫作，其實是透鏡的成像。

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具體方法是這樣：畫家置身于暗箱，暗箱一面開有小孔，安裝玻璃透鏡；光線穿過小孔，反射在暗箱的內壁上，形成倒影。畫家只需將畫紙鋪在倒影處，將畫像勾描下來，然后依據(jù)輪廓進行著色。因為是倒影，所以人就畫成了左撇子。

那熟悉攝影的朋友應該很容易理解：這不就是照相機嗎？沒錯，如果這個推測屬實，那么這種畫法，實際上就是“照片”，只不過底片是手繪的。那么，在這一套流程中，除了畫家本人，最關鍵的就是鏡頭了，后來真正的攝像器材，它的關鍵和基礎，仍然是鏡頭。

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當然，這期不是講攝影啊，而是講一個高端產業(yè)——精密光學，在今天軍用和民用產業(yè)當中，都占據(jù)相當?shù)闹匾匚?。曾經被用來“作弊”的小小玻璃透鏡，經過幾百年的發(fā)展，給人類提供了觀察世界的新角度。前段時間，谷歌公布了很多俄羅斯的高分辨率衛(wèi)星地圖，在網上被熱炒。雖然經過證實：很多照片是在俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)前就在已經存在了。但我們也要看到：谷歌作為一家科技企業(yè)，它旗下“谷歌地圖”“谷歌地球”的確已經做到了準軍事級別。

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特別是前段時間003航母下水，大家都很興奮啊，但有一個細 思極恐事實:從18年起，網上定期就會傳出003航母在船廠建造的 分段進度，航母下水前，我們網上看到的很多關于003的圖，大部分來源都是谷歌。

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甚至連我們在內陸基地，進行電磁彈射和蒸汽彈射對比的照片都有。而拍攝這些高分辨率照片的手段，就是太空中的光學成像衛(wèi)星了，顧名思義，這種衛(wèi)星本質上就是一部給地球照相的相機，核心部件就是高分辨率鏡頭和傳感器。目前世界上最先進的兩款商用光學成像衛(wèi)星“世界觀測”和“地球眼”，分辨率已經達到了驚人的0.5m，代表了目前人類精密光學的最高水平。

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那么我就想了一下:這種級別的光學鏡片，我們國家能制造嗎？特別是兩年前，網上傳出了中國吉林一號衛(wèi)星成功跟蹤拍攝到F22， 那么目前中國的精密光學產業(yè)究竟是什么水平?會擔心被卡脖子嗎？ 這就是今天想聊的話題。

我們很多人對光學的印象，要么就是初高中物理中的“平面鏡成像”“凸透鏡成像”。要么就是“光量子通訊”“超高能激光”這種“不明覺厲”的前沿技術上，這也讓現(xiàn)代光學成了大家“最熟悉的陌生人”。

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實際上，光學早已是無處不在了。大家能看到這個視頻就得感謝光纖，可能有的網友還得多感謝一下眼鏡。再比如大家手機上的攝像頭，也要用上“光學玻璃技術”“透鏡研磨技術”“透鏡鍍膜技術”“CMOS技術”，妥妥的高技術產品。

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而在更廣泛的工業(yè)領域，比如精密測量、掃描建模、金相觀察、工業(yè)相機，搞建筑用的全站儀，醫(yī)生用的內窺鏡、X光、做眼科手術的飛秒激光手術刀，造芯片的光刻機等等，全列出來，可以水一大批視頻了。

其實人類最初搞光學研究，無非就是探討“水面上為什么會有倒影”“影子是如何產生的”“人是如何看見物體的”之類的問題，滿足一下好奇心。直到公元前3世紀，歐幾里得的《光學》，首次將光學與幾何結合在一起，提出了“透視”的觀點，光學才真正成了一門學問。

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后來托勒密又更進一步，對平面鏡、凸面鏡、凹面鏡，對光的反射，進行深入的闡述，還發(fā)現(xiàn)了光的折射現(xiàn)象。但受制于當時的科學水平，托勒密沒能將他的理論化數(shù)值化。

如果光學就這樣發(fā)展下去，掌握成像規(guī)律那也是指日可待啊，但隨著中世紀的到來，幾乎所有的科學研究都陷入了停頓。不過，中世紀中后期的價格革命和領主老爺們對奢侈品的追求，卻也促進了歐洲磨鏡工藝的進步，牛頓發(fā)現(xiàn)光的色散，伽利略制造天文望遠鏡，才有了物質基礎。但即便是在文藝復興之后，光學制品要么是達官顯貴的玩具，要么就是實驗設備，需求小，產量低，迭代慢，光學技術停滯不前。

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而直到另一項重要發(fā)明的出現(xiàn)，才極大推動了光學發(fā)展，這就是“照相術”。關于照相的原理，就是開頭說的那樣。畫家的“暗箱操作”，“鏡頭”“暗室”都已具備，接下來只差感光元件了。

目前公認的世界上第一張照片誕生于1826年，是法國人尼埃普斯利，用瀝青當?shù)灼?，曝光了八個小時，才拍成，在他去世后，他的合伙人達蓋爾，又發(fā)展出了銀版照相法。法國政府在1839年買下了技術版權，并向全世界推廣。

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1851年，英國雕塑家斯科特，利用火棉膠的黏著性和鹵化銀見光分解的特性，發(fā)明了濕版攝影。1865年，更加便捷的干板攝影技術問世，從此，感光材料就不必現(xiàn)做現(xiàn)用了，極大地簡化了攝影的流程。到了1888年，柯達公司利用火棉膠纖維，開發(fā)出了柔性片基材料，這就是我們熟知的膠片，標志著現(xiàn)代攝影工藝走向成熟，同時應用光學開始飛速發(fā)展。而此時的大清，正忙著重修頤和園，對大洋彼岸的科技進步渾然不知。

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照相術的誕生，讓普通人也有機會留下自己的影像，肖像不再是上流社會的奢侈品，當時的歐美，很快就出現(xiàn)了大量的照相館、影樓，攝影也從此成了一個產業(yè)。很快，早期的鏡頭已經不能滿足消費者的胃口了，由于當時較大的透鏡很難加工，加工出來了，也容易出現(xiàn)缺陷，所以絕大多數(shù)鏡頭都只有一片小透鏡，f16的光圈，畸變色散也很嚴重。我們都知道，市場需求永遠是技術進步最好的催化劑，此時，誰能造出高性能的鏡頭，誰就獲得了財富密碼。

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羅敦司德、施耐德、蔡司，這些老牌光學企業(yè)，基本上就是在這時候崛起的，接下來我們就以蔡司為例講講民用光學的發(fā)展。剛開始呢，蔡司只是一家造顯微鏡的小工作室，第一款產品是一種“單透鏡顯微鏡”，總共只賣出去23臺，和索尼最開始那個木桶電飯鍋有的一拼，這么下去肯定是“藥丸”啊。為了提高競爭力，蔡司開始研究復合式多鏡片顯微鏡“stand 1”。

這款產品贏得了圖林根州工業(yè)博覽會的金獎，但更重要的是，引起了物理學家恩斯特·阿貝的興趣，最終，阿貝博士于1866年加入了蔡司，身份是研究導師。1879年，他又把化學家奧托·肖特博士拉了進來，這兩位大佬奠定了蔡司在光學領域的霸主地位。

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不了解光學的同學，可能不太清楚這位恩斯特·阿貝到底有多大的光學成就，接下來我們就來講講阿貝正弦條件和阿貝極限。這里要先引入一個慧差的概念，簡言之就是：假如有一束光，不平行于透鏡主軸，入射該透鏡，就不會匯聚到一點，而是會形成一個類似于彗星形狀的對稱光斑，這對成像來說，是非常不利的，而阿貝正弦條件，就是用來判別透鏡的慧差是否得到修正，從而保證了顯微鏡的質量。

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而阿貝極限是指：由于可見光中，藍紫光波長較大，為0.4微米，所以只要兩點的間距小于0.2微米，光學顯微鏡就無法分辨了。2014年的諾貝爾化學獎就頒給了三名來自美國和德國的科學家，頒獎理由就是他們研制的超分辨率熒光顯微鏡，突破了阿貝極限。

而另一位奧托·肖特，被譽為現(xiàn)代玻璃材料之父。他將玻璃的制造，分為真熔融過程和澄清過程，前者是化學過程，后者主要是物理過程。實驗證明，只有通過緩慢加料，才能達到完全熔融狀態(tài)，避免缺陷的生成。肖特不僅在光學玻璃上建樹頗多，還研制了諸如耐熱，耐壓，抗腐蝕玻璃和其他特種玻璃，甚至還解決了玻璃溫度計的零點誤差問題。雖然此后蔡司轉向了高性能相機鏡頭制造，但是阿貝和肖特留下的實干精神卻從未改變，也成就了今天的蔡司。

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其實，想要提高鏡頭的性能，無外乎兩種手段：要么采用多片透鏡組成透鏡組，這樣可以將加工誤差平攤到每個鏡片上，減小制造難度，還能突破單片透鏡的焦距極限。這一招，就是我們現(xiàn)在說的“鏡頭結構”。另一個手段就是提高研磨技術和光學玻璃質量，盡可能將透鏡做到完美，而蔡司的答案是：“小孩子才做選擇，我全都要，既采用多組設計，又把每片鏡片做到完美不就行了嘛？”

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事實上很多經典的鏡頭結構都是蔡司設計的，比如三組四片的天塞結構，在極小的體積下，達到了驚人的銳度，是緊湊型鏡頭設計典范。還有采用了四組六片雙高斯結構設計的普拉納結構，色散非常輕微，色差也較小，同時由于采取了對稱設計，前后組透鏡的畸變可以抵消，所以變形極低。

普拉納結構，資料圖

阿波羅計劃中，被帶上月球的鏡頭就采用了普拉納結構。研磨方面就不用說了吧，asm最新EUV光刻機中的反光鏡，直徑30cm，如果把這個鏡子放大到地球直徑這么大，上面只能由一根頭發(fā)絲大小的凸起。“這可能是宇宙中最光滑的人造結構”。

光刻機中的精密鏡片代表了高端制造的最高水平

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說完了外國的光學巨人，我們把目光轉向國內，看一下中國光學的發(fā)展歷程。由于是蘇聯(lián)直接輸血，而且沒有國外那樣廣泛的民用市場，這也就決定了中國的光學工業(yè)不可能是西方民用帶軍用的路子，最大的需求來自軍隊，高校研究所也急需實驗設備，所以是國家主導的路子。1953年，中科院科學儀器館成立，負責主導國內的光學學科和技術光學的發(fā)展，新中國的光學事業(yè)由此起步。

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后來，中科院科學儀器館又改組成了長春光機所，著名光學家龔祖同院士親自研制光學玻璃，并且參與熔煉過程。到了50年代末，已經能夠仿制很多先進光學設備，各大高校也紛紛開設光學相關專業(yè)支援國家建設。蘇聯(lián)也援建了兩座光學廠：國營248廠和國營208廠，前者主攻軍用光學設備，后者主要生產光學玻璃。

到了六十年代，我國的光學工業(yè)進入了高速發(fā)展期，為滿足國防需求，在中科院牽頭，在全國成立了諸如西安光機所、上海光機所、成都光電所等高新科研院所。

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研究的領域也是非常的前沿，比如說西安光機所，研究高速攝影與瞬態(tài)光學； 上海光機所，研究激光技術； 13所負責半導體相關光學研究； 44所更是很早就展開了CCD元器件的研究。 此時國內的光學研究緊跟國際前沿，在許多領域都取得重大突破，比如中國在1961年就造出了紅寶石激光器，比美國只晚了一年。

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在這同時，中國民用光學產品同樣發(fā)展迅猛。1955年，大來精機廠成功仿制了蘇聯(lián)佐爾基1型相機，而這個佐爾基1型也是仿自德國的徠卡相機，因為德國戰(zhàn)敗后蘇聯(lián)把大量的德國機械設備，用作戰(zhàn)爭賠償。蔡司也被分成了蔡司耶拿和蔡司斯圖加特，其實就連西德蔡司都是巴頓越界“搶”來的，有興趣的可以詳細了解一下。佐爾基、莫斯科、基輔等諸多品牌都是在這個基礎上出現(xiàn)的，莫斯科一型相機甚至就是用蔡司伊康相機的零部件組裝的，可以說當年德國，影響了中蘇兩國的光學工業(yè)。

58型相機

新中國第一款大規(guī)模量產相機，是上海58型相機，原型也是德國的徠卡相機。58型相機工藝精湛，采取了工業(yè)化、標準化的生產方式，標志著我國的照相機工業(yè)走向了現(xiàn)代化。后來在大躍進時期，各地都搞了自己的照相機品牌，但很多只是利用之前各大光學廠的成熟技術進行仿制，同質化嚴重，做工也良莠不齊，但這并不意味中國就造不出優(yōu)秀的相機，事實上中國相機的巔峰之作“東風相機”和“紅旗20型相機”，制作工藝和技術指標都非常高。

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東風相機仿自瑞典哈蘇500c型中畫幅相機，都是6×6畫幅和模塊化設計，鏡頭和后背都可以更換。上海照相機二廠還配了80mmF2.8、50mmF4、150mmF4三只鏡頭，焦段非常的齊全，其快門速度達到了一千分之一秒，自動停片、景深預覽、反光板預升等諸多先進功能一應俱全。但實事求是的講，受限于當時中國的基礎工業(yè)條件和研制水平，東風相機還是和哈蘇有著一定差距，尤其在鏡頭群方面更是不可同日而語，東風相機產量也不足百臺。

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而紅旗20型相機仿自徠卡M4型135相機，同時也糅合了部分尼康sp型相機的設計，從設計之初，要求就非常高，要求達到徠卡相機的加工精度和機械性能，并且配套的鏡頭群參數(shù)非常先進，分別是35mmF1.4、50mmF1.4、90mmf2，放在今天也是大光圈鏡頭，可惜由于中國在低色散、高折射等先進鏡片上基本處于空白的狀態(tài)，紅旗相機的配套鏡頭和徠卡的差距依然不小，但依舊是中國引以為傲的產品。

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可能看到這，很多觀眾會問：“這不就是山寨嗎？”其實山寨并不是問題，因為一開始德國山寨英國，日本相機也山寨德國，這些都不妨礙德國制造成為德國的名片，日本的相機產業(yè)也在之后徹底將德國相機趕盡殺絕，國產相機其實是倒在了“技術積累”上。

我們必須承認中國的光學工業(yè)起步實在是太晚了，但這卻是一個重在積淀的工業(yè)門類，比如加工鏡片，每道工序，乃至每次走刀都是依靠無數(shù)次的試錯，總結出來的；同樣，制造鏡片使用的光學玻璃也沒有人們想象中的簡單，原料的提純和配比，熔煉和凝固澆筑時的工藝參數(shù)；制成玻璃錠的退火去應力處理，每一道工序都是無數(shù)技術工人和工程師心血結晶，就更不用說集精細化工、精細控制、真空加工等諸多頂尖工藝于一身的鍍膜技術了。

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當年呢，我們各種相機廠、光學儀器廠都處在散兵游勇的狀態(tài)，其中絕大部分的工廠壓根就沒有研發(fā)部門，就更談不上積累技術了，只能依靠地方保護勉強生存。在市場化的大浪沖刷之下，只有“海鷗”和“鳳凰”兩個品牌活了下來，只能說是慘淡經營，雖然很遺憾，但缺乏核心競爭力就是這個下場。

光學誕生于人類對光明的向往，而中國從來就不缺乏追光的人，在大眾的視線范圍之外，中國企業(yè)早就了開始追趕，由于數(shù)碼時代的到來，照相機機身的成本和技術門檻急劇提高，新興的中國企業(yè)想要入局就只能從鏡頭開始，佳能、尼康、索尼等品牌的相機制造副廠鏡頭，長庚光學旗下的“老蛙”鏡頭就是其中的佼佼者。

面對各大巨頭強悍的實力和中國在鍍膜技術和特種鏡片方面的缺陷，老蛙選擇了“差異化競爭”的路線，瞄準超廣角和微距鏡頭市場，目前老蛙超廣角鏡頭的畸變控制和微距鏡頭的放大倍率都做到了行業(yè)領先的水平，被戲稱為老蛙神鞭的24mmF14特種鏡頭更是受到了海內外攝影師的一致好評。

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但光在鏡頭領域取得成功是不夠的，中國還必須要有自己機身和鏡頭卡口，這樣才能說真正建立起了一套完整的相機系統(tǒng)，這就需要一家既擁有雄厚資金，又真正了解光學行業(yè)的企業(yè)，去完成這個艱巨的任務。目前最有希望研制國產相機系統(tǒng)的就只有大疆了，這里真的不是恰飯啊，雖然國產的MAVO Edge 8K已經被帶上了天宮一號，很多國產的電影機也都有著不俗的性能，但是卻沒能建立起自己的鏡頭卡口和鏡頭群。而大疆的如影4D系統(tǒng)擁有自己的DL卡口并且發(fā)布了24mmF2.8 、35mmF2.8、50mmF2.8三只原廠鏡頭，更重要的是就和蔡司尼康一樣，大疆在無人機領域深耕多年，在云臺穩(wěn)定、自動對焦等諸多方面有著深厚的技術積累，這才是核心競爭力的保證。

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而且啊，好消息還不止這些，由長春光機所牽頭成立的長光辰芯公司設計的國產CMOS傳感器已經通過驗收了，所謂的CMOS就是互補金屬氧化物半導體的縮寫，簡單來說就是就是現(xiàn)代數(shù)碼相機的心臟。而長光辰芯設計的這顆芯片參數(shù)是非常先進的，有4900萬像素采用背照射的設計，極大的提高了實際像素面積，還可以拍攝8k分辨率的視頻和4K畫質下的高幀率視頻，如果類比cpu的話就是12代酷睿的水平呀，有了如此強悍的“中國心”，咱們的相機就可以“力大飛磚”了。

其實呢，每次拿起相機我都能感受到它身上的科技脈絡，咱們也并不是固執(zhí)，非要一套全國產的相機系統(tǒng)，單純只為去爭口氣，而是希望有更多的人能夠關注到這一工業(yè)命脈，看到民用產業(yè)是如何推動整個社會科技的進步的，只要我們堅定不移的走下去，早晚有一天會讓世界看到那“驅散黑暗的光”。