光学显微镜设计新理念

摘 要：从迈入新时代以来，随着我国社会经济飞速发展，现代仪器设计也出现了新变化，特别是具有代表性的光学显微镜设计。通过CAD技术的深度运用、信息技术的日趋完善，提出了对显微镜的整体式曲面造型设计、模块化设计、多学科融合设计以及智能物联设计等新设计理念。

关键词：整体式曲面造型;标准模块化;多学科融合;智能物联

光学显微镜在仪器分类中属于光学仪器，从最早的放大镜到现在的超分辨率显微镜已经有近400年的发展史，无论在造型、机构还是功能上都在不断创新，运用领域也在不断地扩展和深化。现代光学显微镜已经不是一种普通的、简单的生物细胞观察仪器，而融合了光、机、电、算和信息等技术于一体的，在教育、医疗、科学以及工业等各行各业有着广泛应用的完整系统。随着时代的发展和变化，市场在不断地对光学显微镜提出新的需求，我们在设计时既要继承传统光学显微镜的特点，也要使得它具有现代机器设计的新理念。

一、 整体式曲面造型设计

现代光学显微镜在设计时更加重视整体式曲面造型设计以及人机工程学，就外观造型而言，在设计时更加强调和重视外观的整体性、流线型，使得外观设计更加流畅、自由，而且要处处体现设计的“友好度”，让光学显微镜看起来更加的“人性化”，体现出安全的人机工程学。

随着CAD技术在光学显微镜设计和制造中的运用，光学显微镜的整体式曲面造型设计成为可能，加之艺术学在光学显微镜造型中的应用，这使得光学显微镜在外形的设计上更具有时代艺术气息。

人机工程学在20世纪中期就已经被提出，但是并没有得到很好的发展。到了近现代才被运用起来，“安全的人性化设计”这一理念也成了当今社会的新主题。设计者在设计外形和计算参数时，要求除了考虑光学显微镜的基本功能之外，还要以安全的人机工程学为依据，充分地运用各学科技术，综合地进行人体结构、功能、心里以及力学的思考，设计出使操作者能发挥最大效能光学显微镜。

二、 标准模块化设计

现代光学显微镜的设计已经全部实现了标准化，才使得模块化设计理念成为可能。绿色设计与模块化设计相结合，在现代光学显微镜设计中不仅实现了产品的功能需求，也确保了产品的环境要求，缩短了产品的研发与生产周期，丰富了产品类型，提高了产品质量，加快了应对市场新变化的速度。

标准模块化设计是把一个完整的光学显微镜产品系统进行合理、有效的拆分，形成多个具有独立的设计输入、输出参数，又有相互之间联系的标准化分总件、组件或部件。模块化产品是将批量生产的产品进行单件生产拆分，满足公司的效益目标。通过不同模块之间的选择和组合，来满足各类客户所需要的不同产品的一种有效方法。

三、 多学科融合设计

现代是一个亚微米、纳米时代，光学显微镜也同样进入了亚微米、纳米时代，所以需要在设计时融入多种先进技术，即“多学科融合”，从而扩展光学显微镜在观察、监视、测定、验证、记录、传输、变换、显示、分析处理与控制等领域的应用。现代光学显微镜不再是光学和结构的设计结合，往往还结合了其他先进技术。

首先，在现代光学显微镜系统对标本图像进行获取和处理的过程中光源方面的改变，传统的光源有自然光、卤素灯、荧光疝气汞灯等光源，现代光学显微镜除了采用传统的光源，已经开始采用光纤和LED冷光源技术。其次，在光学显微镜操作上，越来越多的精密机械伺服系统、微机电系统、微位移系统、自动调焦系统等自动控制系统的运用，让光学显微镜设计工程师们设计出全自动控制、远程控制，甚至语音控制的人工智能显微镜。再次，现代光学显微镜在图像获取、分析中，不在只局限于人眼、人脑，而是利用CCD模组光电转化技术，把图像由光信号转化成电信号，再经过芯片技术的处理，把电信号处理成数字信号，并用计算机软件技术加以数字图像处理。最后，通过人工智能物联技术远程操控，形成一个完整的系统。传统的光学、机械系统部分只是完成了图像的初步形成功能，只是光学显微镜系统里的一个基础，而以图像处理为中心的电子、自动控制、计算机、人工智能、物联网信息技术的多技术融合则成了显微镜系统中的核心技术，赋予了现代光学显微镜更多的生命力，也是未来的发展方向。

四、 智能物联设计

光学显微镜的智能物联技术是一种通过各类传感、感应、扫描、识别、定位等技术，对所需要的各类交互信息图像处理过程进行实时数据采集处理，在通过各类信息物联网络连接通道，将显微镜与显微镜、显微镜与人进行连接，从而实现对标本图像和观察过程的智能识别和管理。光学显微镜的智能物联技术具有识别、交互和智能判断三大特点：识别是对标本变化做出的反应，交互是人机之间的信息沟通，智能判断是指具有可以主动采取相应措施对变化做出反应处理的智慧。

将智能物联技术应用到现代光学显微镜设计中，将是显微镜行业的颠覆，从传统的仪器行业向先进的高科技行業迈进。智能物联显微镜拥有无法比拟的优势，也是在大环境下的未来发展方向。

五、 结语

随着我国工业制造化向智造化的转变，光学显微镜在现代化的经济活动中也拥有着越来越广泛的用途。现代光学显微镜必然会朝着自动化和智能化的新理念方向发展。同时光学显微镜的发展和进步也带动了每个生产环节的进步，从而推动我国智能制造工业水平的快速发展。

参考文献：

[1]舍英，伊力奇，呼和巴特尔.现代光学显微镜[M].北京：科学出版社，1996.

[2]李庆祥，王东生，李玉和.现代精密仪器设计[M].北京：清华大学出版社，2003.

[3]欧阳文昭，廖可兵.安全人机工程学[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

作者简介：

彭春龙，南京江南永新光学有限公司。