光學顯微鏡設計新理念

摘 要：從邁入新時代以來，隨著我國社會經濟飛速發展，現代儀器設計也出現了新變化，特別是具有代表性的光學顯微鏡設計。通過CAD技術的深度運用、信息技術的日趨完善，提出了對顯微鏡的整體式曲面造型設計、模塊化設計、多學科融合設計以及智能物聯設計等新設計理念。

關鍵詞：整體式曲面造型;標準模塊化;多學科融合;智能物聯

光學顯微鏡在儀器分類中屬于光學儀器，從最早的放大鏡到現在的超分辨率顯微鏡已經有近400年的發展史，無論在造型、機構還是功能上都在不斷創新，運用領域也在不斷地擴展和深化。現代光學顯微鏡已經不是一種普通的、簡單的生物細胞觀察儀器，而融合了光、機、電、算和信息等技術于一體的，在教育、醫療、科學以及工業等各行各業有著廣泛應用的完整系統。隨著時代的發展和變化，市場在不斷地對光學顯微鏡提出新的需求，我們在設計時既要繼承傳統光學顯微鏡的特點，也要使得它具有現代機器設計的新理念。

一、 整體式曲面造型設計

現代光學顯微鏡在設計時更加重視整體式曲面造型設計以及人機工程學，就外觀造型而言，在設計時更加強調和重視外觀的整體性、流線型，使得外觀設計更加流暢、自由，而且要處處體現設計的“友好度”，讓光學顯微鏡看起來更加的“人性化”，體現出安全的人機工程學。

隨著CAD技術在光學顯微鏡設計和制造中的運用，光學顯微鏡的整體式曲面造型設計成為可能，加之藝術學在光學顯微鏡造型中的應用，這使得光學顯微鏡在外形的設計上更具有時代藝術氣息。

人機工程學在20世紀中期就已經被提出，但是并沒有得到很好的發展。到了近現代才被運用起來，“安全的人性化設計”這一理念也成了當今社會的新主題。設計者在設計外形和計算參數時，要求除了考慮光學顯微鏡的基本功能之外，還要以安全的人機工程學為依據，充分地運用各學科技術，綜合地進行人體結構、功能、心里以及力學的思考，設計出使操作者能發揮最大效能光學顯微鏡。

二、 標準模塊化設計

現代光學顯微鏡的設計已經全部實現了標準化，才使得模塊化設計理念成為可能。綠色設計與模塊化設計相結合，在現代光學顯微鏡設計中不僅實現了產品的功能需求，也確保了產品的環境要求，縮短了產品的研發與生產周期，豐富了產品類型，提高了產品質量，加快了應對市場新變化的速度。

標準模塊化設計是把一個完整的光學顯微鏡產品系統進行合理、有效的拆分，形成多個具有獨立的設計輸入、輸出參數，又有相互之間聯系的標準化分總件、組件或部件。模塊化產品是將批量生產的產品進行單件生產拆分，滿足公司的效益目標。通過不同模塊之間的選擇和組合，來滿足各類客戶所需要的不同產品的一種有效方法。

三、 多學科融合設計

現代是一個亞微米、納米時代，光學顯微鏡也同樣進入了亞微米、納米時代，所以需要在設計時融入多種先進技術，即“多學科融合”，從而擴展光學顯微鏡在觀察、監視、測定、驗證、記錄、傳輸、變換、顯示、分析處理與控制等領域的應用。現代光學顯微鏡不再是光學和結構的設計結合，往往還結合了其他先進技術。

首先，在現代光學顯微鏡系統對標本圖像進行獲取和處理的過程中光源方面的改變，傳統的光源有自然光、鹵素燈、熒光疝氣汞燈等光源，現代光學顯微鏡除了采用傳統的光源，已經開始采用光纖和LED冷光源技術。其次，在光學顯微鏡操作上，越來越多的精密機械伺服系統、微機電系統、微位移系統、自動調焦系統等自動控制系統的運用，讓光學顯微鏡設計工程師們設計出全自動控制、遠程控制，甚至語音控制的人工智能顯微鏡。再次，現代光學顯微鏡在圖像獲取、分析中，不在只局限于人眼、人腦，而是利用CCD模組光電轉化技術，把圖像由光信號轉化成電信號，再經過芯片技術的處理，把電信號處理成數字信號，并用計算機軟件技術加以數字圖像處理。最后，通過人工智能物聯技術遠程操控，形成一個完整的系統。傳統的光學、機械系統部分只是完成了圖像的初步形成功能，只是光學顯微鏡系統里的一個基礎，而以圖像處理為中心的電子、自動控制、計算機、人工智能、物聯網信息技術的多技術融合則成了顯微鏡系統中的核心技術，賦予了現代光學顯微鏡更多的生命力，也是未來的發展方向。

四、 智能物聯設計

光學顯微鏡的智能物聯技術是一種通過各類傳感、感應、掃描、識別、定位等技術，對所需要的各類交互信息圖像處理過程進行實時數據采集處理，在通過各類信息物聯網絡連接通道，將顯微鏡與顯微鏡、顯微鏡與人進行連接，從而實現對標本圖像和觀察過程的智能識別和管理。光學顯微鏡的智能物聯技術具有識別、交互和智能判斷三大特點：識別是對標本變化做出的反應，交互是人機之間的信息溝通，智能判斷是指具有可以主動采取相應措施對變化做出反應處理的智慧。

將智能物聯技術應用到現代光學顯微鏡設計中，將是顯微鏡行業的顛覆，從傳統的儀器行業向先進的高科技行業邁進。智能物聯顯微鏡擁有無法比擬的優勢，也是在大環境下的未來發展方向。

五、 結語

隨著我國工業制造化向智造化的轉變，光學顯微鏡在現代化的經濟活動中也擁有著越來越廣泛的用途。現代光學顯微鏡必然會朝著自動化和智能化的新理念方向發展。同時光學顯微鏡的發展和進步也帶動了每個生產環節的進步，從而推動我國智能制造工業水平的快速發展。

參考文獻：

[1]舍英，伊力奇，呼和巴特爾.現代光學顯微鏡[M].北京：科學出版社，1996.

[2]李慶祥，王東生，李玉和.現代精密儀器設計[M].北京：清華大學出版社，2003.

[3]歐陽文昭，廖可兵.安全人機工程學[M].北京：煤炭工業出版社，2002.

作者簡介：

彭春龍，南京江南永新光學有限公司。