手握12500項專利，牢牢卡住光刻機脖子，“恐怖”的蔡司！

防走失，電梯直達安全島

來源：正和島（ID：zhenghedao）

作者：劉溪

有人說：“德國可以沒有西門子，也可以沒有奔馳，但唯獨離不開蔡司。”

二戰期間，蔡司是德軍的殺手锏，他的瞄準鏡讓普通步槍也能變身戰場殺器。能把一片眼鏡片賣到萬元以上的蔡司，不但受到達爾文、愛因斯坦等人的偏愛，使用蔡司儀器或鏡頭的研究成果，還產生了約40位諾獎得主。

人們說蔡司是上帝的眼睛，想要看得清、看得遠，頂級鏡片幾乎只能是蔡司。在光學領域，蔡司恐怖的精度，甚至無人能望其項背。

從衛浴、陶瓷到汽車、鐘表，德國精工處處把公差壓進微米級，但蔡司才是精工領域當之無愧的天花板。

一個直徑30cm的鏡片，蔡司可以確保表面的高度差在0.12納米以內。這是什么概念？相當于將青藏高原的起伏控制在一張A4紙的厚度。

蔡司的超低膨脹玻璃在數百攝氏度的溫差中，形變可以不到一個氫原子。一套10萬個精密零件的組鏡，將組裝誤差控制在3個硅原子直徑內，全世界除了蔡司，沒人能做到。

所以當光刻機卡著全球芯片制造商的脖子，蔡司則死死地掐著光刻機的命門。光刻機的制造成本，接近三分之一給了蔡司。

熱衷于解決“卡脖子”難題的蔡司，產品種類超過萬種，手握萬余項專利。全球70%白內障手術依賴蔡司設備，做眼角膜手術的光學儀器，全世界除了蔡司沒有公司能制造。

這些納米、原子級別的精度，蔡司是怎么做到的？179年，歷經三次工業浪潮，兩次世界大戰，以及冷戰時期的兩德分裂與統一，蔡司為什么能一直站在最前沿？接下來我們一起看一看蔡司7個領跑百年的核心密碼。

精密手藝人+物理學家+化學家=蔡司“鐵三角”

手藝是金飯碗，但需要跟頭腦、生意結合，才能奏效。

作為一名宮廷車工師傅，蔡司的父親奧古斯特·蔡司，將這份體悟寫進了卡爾·蔡司的生長軌跡，也奠定了蔡司公司“科研、生產和銷售”一體的成功伏筆。

蒸汽機的發明和完善，拉開了工業文明的大幕，科學和生產結合爆發的巨大能量前所未有。卡爾·蔡司就出生在這樣科技大爆發的前夜。學手藝之前，父親將蔡司送進了校園，在這里他對科學產生了濃厚的興趣。

18歲，卡爾·蔡司開始游歷各地手藝人門下，學造科研儀器。在這里他目睹了手藝、科學、技術、生產的渾然一體。

1846年，蔡司公司成立，開始生產各種光學設備。此后，卡爾·蔡司在植物學家施萊登的鼓勵下，開始專注生產顯微鏡。守著大學廣闊的科研市場，蔡司的小作坊有了源源不斷的訂單和成長動力。

擅長精密加工的卡爾·蔡司始終堅持“科研指導技術”。

1858年，蔡司用“物鏡+目鏡”的復合顯微鏡“Stand I”，登頂全球，拿下“德國制造的最優秀儀器之一”的美譽。為了創造一門好生意，他持續改進顯微鏡鏡片制造工藝，降低制造成本。

1866年，作風嚴謹、深孚眾望的物理學家阿貝開始與蔡司合作（后成為合伙人），他將蔡司的世界影響力，推向前所未有的高度。

阿貝把鏡頭設計從“經驗試錯”帶入“理論驅動”的時代。他用“色差+球差+彗差”的鏡頭方程計算鏡頭模糊的解決方案，而非手動試錯。不但奠定現代光學基礎，也讓蔡司性能冠絕全球。

1879年，玻璃化學家肖特開始與蔡司建立合作。1884年，耶拿玻璃廠成立。

“機密工藝+科學+材料”的蔡司“鐵三角”終于集齊。

1886年，蔡司的精工、肖特的新玻璃和阿貝的新技術，催生了復消色差物鏡，徹底革新了光學元件的性能。19世紀末，蔡司-阿貝鏡組四物鏡，創造了世界新高度，也奠定了蔡司“德系高端象征”的身份。

可計算的真理=挑戰極限的精密

三個追求極致的人，幾乎注定了蔡司“挑戰想象力極限”的基因。

有光學愛馬仕之稱的蔡司，一片眼鏡片可以超萬元，但他還是虜獲了眾多人的心。著名的生物學家達爾文，曾委托同事給兒子買顯微鏡鏡頭，信件中明確寫著“買蔡司的上等鏡頭”。

因為精密是得出一切真理的前提。

把7厘米直徑的蔡司鏡片，放大37萬倍，放大到26千米，其表面不平整位置的高度差也小于10厘米。不斷突破自我的極度的精密，讓蔡司的顯微鏡助力近40位諾貝爾獎得主突破科研瓶頸。

這背后是營收占比超10%的持續研發投入，也是阿貝把公式寫進蔡司研發中，實現了蔡司顯微鏡制造從一門手藝到一門科學的“代際跨越”。

1872年，阿貝從光學理論根源上提出了“正弦條件”（n·y·sinU=n'·y'·sinU'），即讓鏡頭中心和邊緣的光線，在“折射角度”和“成像高度”上滿足嚴格的正弦關系，從而同時消除“球差”（中心與邊緣光線匯聚一致）和“彗差”（斜射光線匯聚成點）。1873年，阿貝還用公式算出了顯微鏡的分辨率極限（d=λ/[2NA]）。

19世紀90年代，蔡司基于此技術推出Protar鏡頭，首次實現了大光圈下無球差、無彗差、無色差的成像，成為現代光學攝影的起點。

沿著這些公式的極限，蔡司開始在光學材料、鍍膜技術和精密工藝上，孜孜不倦地突破。蔡司在高純度光學玻璃或樹脂材料上，通過離子濺射工藝在鏡片表面鍍上數十層納米級薄膜，透光率可達99.5%以上（普通鏡片約95%），減少強光反射。再通過科學的鏡頭組合，實現銳利成像、色彩精準還原、四角幾乎無畸變。

這是卡爾·蔡司鏡頭被稱為“鷹之眼”的技術根基。

對于單片鏡片的眼鏡產品，為了讓呈像更清晰，蔡司還能根據觀察者的眼睛定制鏡片。通過“數碼車房”技術，蔡司根據用戶的度數、瞳距、鏡架弧度等參數，用數控設備直接打磨鏡片曲面（自由曲面），消除邊緣像差，使視野更均勻。

當計算的精度向小數點后面無限延伸，蔡司的產品也在持續進化。當他們在納米級別進行產品調教的時候，一個更大的世界自然緩慢打開。

材料+鍍膜+精密加工：蔡司的精密武器

98k步槍，不裝瞄準鏡就是一把普通步槍，可裝上蔡司的6倍鏡，就成了戰場大殺器，1000米外的目標也能精準打擊。

蔡司的目鏡不僅看得清、看得遠、色彩高度還原，其1930年發明的T單層鍍膜（后升級為雙層、三層、多層T*鍍膜），還能讓狙擊手不會因為反光而暴露。二戰期間，蔡司成為德軍望遠鏡、測距儀和各種火炮、戰機、潛艇瞄準鏡的主要供應商。德國軍官幾乎人手一把6×30蔡司望遠鏡，就算自掏腰包也要買。

領先世界5到10年的蔡司，成為德國的秘密武器。

所以二戰結束后，美國軍隊突襲耶拿，用卡車把垂涎已久的蔡司的核心技術人員和管理人員裝到了西德。新蔡司公司在美國管理和資本影響下日漸強大，成為如今的蔡司總部。剩下的蔡司設備和專家，則被蘇聯掌控（1990年兩德統一時，兩家蔡司合二為一）。

在人類首次登月中，阿姆斯特朗拍照用的彩色鏡頭也是蔡司的。當時NASA對登月相機要求極苛刻，既要適應月球極端的溫度和輻射環境，又要保證成像質量。這種艱巨的任務，除了蔡司，還有誰能做到？

通過蛾眼仿生設計的鍍膜，蔡司用小于可見光波長的納米級結構鍍膜，來控制產品表層反射率。在追求極致的路上，蔡司的T單層鍍膜，升級為雙層、三層、多層T*鍍膜。讓產品更透亮，極弱反光，抗鬼影等。

從1901年為諾貝爾獎實驗室提供顯微鏡，到如今為NASA火星探測器設計鏡頭，蔡司的技術始終代表行業天花板。頂級材質+頂級膜+頂級結構，蔡司的鏡頭當然是航空、航天、攝影等各種領域的首選。

黑科技賦能下的極致穩定性

1925年，愛因斯坦曾發出感嘆，“蔡司鏡頭代表著最高的品質和可靠性，當要達到萬分之一的精度時，研磨技術非常困難，只有蔡司才能做到。”

作為納粹的殺手锏，蔡司的U型潛艇潛望鏡的氮氣密封技術，可以讓鏡組膨脹系數降至0.000001/℃，這種能力移植到太空相機，當然也非同凡響。

1969年7月21日，阿波羅11號登月艙的蔡司Biogon5.6/60mm鏡頭記錄下人類首個地外足跡。這架價值相當于今日300萬美元的相機，承受著-180℃至120℃的極端溫差，卻未出現一絲鏡片脫膠。

材料上，蔡司的摻鈰石英玻璃，可以使鏡頭在宇宙射線轟擊下的透光衰減率僅為0.3%/年。蔡司給歐洲南方天文臺做的鏡頭，可以在野外惡劣環境下工作（溫差大、有灰塵）一直精準捕捉遙遠星球的光線，這種“極端環境下的穩定性”，很多品牌根本做不到。

蔡司的鏡頭能做到“畸變率低于0.1%”，相當于拍1米長的物體，誤差還不到1毫米，而且不會因為用得久就“拍不準”。這種穩定性，對需要高精度檢測的行業（比如芯片制造）非常重要，因為差一點就可能讓一批產品報廢。

2021年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，主鏡由蔡司的18塊六邊形鏡片拼接而成。每塊鏡片直徑達1.32米，表面誤差不超過20納米——相當于將北京到上海的高鐵軌道起伏控制在一根頭發絲的直徑內——來捕捉130億光年外的宇宙信號。

極致的穩定背后，是蔡司的黑科技。

在蔡司柏林地下實驗室，鏡片在磁懸浮平臺上，以0.00001g重力環境拋光，避免地球引力導致的微米級形變。蔡司的黃金反射膜厚度，可以精確至100±2原子層（約20納米）。蔡司鏡片經得住168次-243℃到+85℃的驟變測試，其硼硅酸鹽基板的分子鍵強度，達到其他產品的3倍。

將極致的技術，引入不同領域并優化，讓蔡司的產品變成了各個領域的天花板。蔡司鏡頭在工業檢測領域“大視野、高速度”也能快速掃描出零件的極細微問題，醫療顯微鏡在弱光下也能拍清組織細胞、保護樣本活性。

蔡司把“檢測”也做成覆蓋幾何、材料、缺陷、表面、公差的“數學公式”，讓每一片鏡片、每一支鏡頭、每一套光刻鏡組都沿著小數點向后不斷接近最優質，在出廠前就經歷“原子級體檢”，從而確保產品的極致精度。

技術通用+領域適配+原子級檢測，讓蔡司在多個行業都成了“信賴之選”。

光刻機EUV鏡片：面型精度0.12納米

如果說光刻機卡著芯片制造的脖子，那么蔡司則掐著光刻機的命門。

阿斯麥ASML光刻機里最關鍵的光學部件，正是蔡司提供的。毫不夸張地說，蔡司沒有阿斯麥這個客戶照樣能活，但阿斯麥沒有蔡司就玩不轉了。蔡司的光刻機光學部件約占阿斯麥產品成本的25–30%。

波長13.5納米的極紫外光EUV光刻機，需要通過蔡司的光學系統將芯片電路圖案縮小并精準投影到硅片上，讓芯片結構比頭發絲細4000倍，精度要求為“納米級別”。這樣的難度，只有蔡司能完成。

蔡司為阿斯麥定制的光刻鏡頭，單塊鏡片的拋光精度誤差小于0.3納米，相當于一根頭發直徑的百萬分之一。不但如此，每套鏡組是超過10萬個精密零件組裝而成的，蔡司的組裝誤差可以做到小于3個硅原子直徑（≈0.33nm）。

這種“極致精度”背后，是蔡司在光學設計、材料研發、精密加工等領域170余年的技術沉淀，也成了它寬大深厚的護城河。

2023/24財年，蔡司收入達108.94億歐元（約合904億元人民幣），總體增長7.7%，其中半導體制造業務增長了16%，達到了41.22億歐元的歷史新高。在蔡司德國韋茨拉爾的超凈實驗室，EUV鏡片正在不斷超越著極限，來幫助芯片制造商生產更強大、更微小的芯片。

這個直徑30厘米的EUV鏡片，采用超低膨脹玻璃陶瓷（ULE），在極端溫差下的形變誤差被壓縮到0.1納米。鏡片拋光的磁懸浮平臺，將地面震動降至0.02納米以下，相當于蚊子振翅能量的十億分之一。2.5兆電子伏特的氬離子束轟擊鏡面，逐原子修正表面形狀，歷時3年完成的面型精度達0.12納米RMS值——相當于將青藏高原的起伏壓縮到一張A4紙的平整度。

這樣的極致精度，無論放在精密制造、軍工、航空，還是半導體芯片、汽車制造、納米新材料等“風口”產業的制造和檢測上，都能創造出核聚變級別的強大革命力。

蔡司，想不牛都難。

激光與數字處理能力

百年來，世界各地的研究人員都使用蔡司顯微鏡，來觀察最微小的結構。如今，蔡司的光學、電子/離子和X射線顯微鏡，不但看得更小更精，還能看清物體內部，甚至生成細胞的演變過程。

蔡司的超高清生物相機——激光共聚焦顯微鏡，就是這樣神奇的存在。

生物相機不但可以用極精密的光學機械清晰拍攝細胞里100納米左右的結構（相當于頭發絲直徑的1/500），還能依靠極靈敏的電子探測技術，像“切面包”一樣，把厚樣本（比如一塊組織）一層一層做“光學切片”，再拼成3D圖像，從而看清器官內部的血管分布。

對活細胞，它能長時間“跟拍”，還不會因為光照太強把細胞“烤死”。最后將數萬張二維圖像拼合成清晰立體的三維生命動態圖，拍出活細胞“動起來”的過程（比如細胞分裂、病毒入侵細胞）。

這不僅需要機械的精密和電子探測的精準，還呈現了蔡司極復雜的多維控制和海量數據處理能力。

蔡司為什么行？要感謝技術，感謝阿貝

歷經三次工業革命，始終站在技術最前沿的蔡司，早已把對科技、工藝和材料的敬畏刻在骨子里。

創業鐵三角的組合，注定了蔡司對技術投入會毫不吝嗇。

蔡司每年在研發上的投入，都超過營業收入的10%。2024財年，蔡司將收入的15%（15.92億歐元）投入到研發中，創下歷史新高。公司持有12500項專利，有超過7000名研發人員每天專職“啃硬骨頭”。

正是阿貝奠定了蔡司對技術人才的視若珍寶。1888年，卡爾·蔡司去世后，執掌公司的阿貝感覺當時工人待遇太差，開始推行8小時工作、有薪假期、有薪病假、退休金等制度，成為現代雇員保障制度的先導者。

在蔡司，技術專家是一個令人尊敬的稱呼，這吸引了許多向往走技術路線的人才進入蔡司。蔡司實行師徒幫扶制度，并且用真金白銀的獎賞和職業晉升獎勵師傅，讓一個人的智慧變成一群人的能力。

研發上高投入探索技術的邊界，給員工有行業競爭力的薪酬和多元化的福利體系以挖掘人的最大潛能，這一正向閉環形成了一個“只有蔡司做得出”的競爭力的根基。

這樣的技術優勢和文化傳統可以延續一個多世紀，沒有因為鐵三角的離世而改變，甚至連二戰后蔡司被一分為二都沒有中斷，必須感謝阿貝贈予蔡司的另一個壓艙石——卡爾蔡司基金會。

為了避免部分股東為逐利（比如跟風炒股、炒房地產）干預運營，阿貝規定公司只能由基金會管理。唯有如此，才能確保蔡司在幾年都看不到回報的領域，持續高投入。只有這樣蔡司才能不計成本地給員工高福利，確保團隊穩定。

商業機會驅動與使命能力驅動，這可能是普通企業和蔡司最大的不同。蔡司今天在光刻機領域的不可替代，是技術人才幾十年坐冷板凳的積淀，更是幾代工匠在鏡片拋光等關鍵崗位上，經驗技術的傳承與積累，這是蔡司與眾不同的根基。

在營收方面，蔡司并不是商業巨擘，但在專注和突破上，他是絕對的巨人。它以最前沿的科學公式指導著一個個“不可能”實現的目標，用員工的高福利和研發的高投入，實現著時間與專注的復利。蔡司正是中國企業未來站上世界之巔的絕好樣本。