淺析光學顯微鏡機械結構設計

1、<p>　　淺析光學顯微鏡機械結構設計</p><p>　　[摘 要]光學顯微鏡（Optical Microscope，簡寫OM）是利用光學原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取微細結構信息的光學儀器。光學顯微鏡的使用范圍非常的廣泛，發(fā)展至今，也衍生出了非常多的類型，本文結合光學顯微鏡的結構組成，從人體工程視角探索光學顯微鏡的機械結構設計，從使用的安全性、科學性、可靠性的角度分析了光學顯

2、微鏡的機械結構設計的規(guī)范和標準。 </p><p>　　[關鍵詞]光學顯微鏡；機械結構；人體工程學 </p><p>　　中圖分類號：TH742 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）36-0193-01 </p><p>　　光學顯微鏡的結構主要有光學結構和機械結構組成，機械結構的部分不僅能對光學結構有很好的固定作用，還起著關鍵性的調節(jié)作用，機械

3、結構能夠發(fā)揮光學系統(tǒng)的最大功效，輔助光學系統(tǒng)完成相關的顯微鏡觀察工作。光學顯微鏡的機械結構的部分主要在載物臺、物鏡轉換器以及調焦裝置等，這些機械結構的設計不僅要遵循基本的機械結構設計原則，還要保證在光學顯微鏡中的具體的光學操作，除此之外，設計的原則還要迎合人體操作的需求，使得光學顯微鏡的機械結構更加的吻合人體工程學的設計要求，使得光學顯微鏡使用更加的舒適方便。 </p><p>　　一、 光學顯微鏡的基本構造 &

4、lt;/p><p>　　對于光學顯微鏡的機械設計，我們首先要了解光學顯微鏡的構造組成部分，而且還要知道這些零部件的作用，只有熟知了這些零部件的作用和使用規(guī)范，我們才能更加合理的設計光學顯微鏡的機械結構部分，光學顯微鏡一般是由載物臺、聚光照明系統(tǒng)、物鏡，目鏡和調焦機構組成。載物臺的作用是放置被觀察的物體，使用調焦旋鈕來驅動調焦機構能完成對載物臺的調節(jié)工作。聚光燈照明系統(tǒng)由聚光燈和光源組成，聚光燈的作用能夠讓光更多的聚集

5、到被觀察的部位。物鏡距離載物臺比較近，是第一級的放大裝置。目鏡則是于人眼靠近的第二級放大鏡頭。 </p><p>　　這三部分是光學顯微鏡的重要組成部分，構成了光學顯微鏡的主要工作原理。 </p><p>　　那么機械裝置有哪些呢？一般光學顯微鏡的機械裝置有鏡座、鏡臂、載物臺、鏡筒、物鏡轉換器、與調焦裝置。這些機械裝置的主要作用是固定和調節(jié)光學鏡頭，調節(jié)標本的位置等。其中鏡座是支撐整個顯微

6、鏡的裝置，而鏡臂則用來支撐精通和載物臺。 </p><p>　　二、 基于人體工程學的光學顯微鏡的機械結構設計 </p><p>　　人體工程學的設計原理主要是考慮到人體結構和機械結構尺寸，并且綜合考慮到人們勞動、工作效果、工作效能等方面，利用系統(tǒng)工程、控制理論、統(tǒng)計學的原理設計出一系列的設計方法。具體到光學顯微鏡的機械結構設計中，我們就要考慮到人們的身體尺寸和應用習慣，首先我們從有關部分

7、獲得了我國成年人的人體部分尺寸的表格（表-1），以此為根據設計光學顯微鏡結構部分。 </p><p><b>　　1、載物臺的設計 </b></p><p>　　從上面的介紹中我們知道，載物臺的作用是用來放置被觀察物體的，并且式樣能夠在載物臺上自由的移動，以獲取最佳的觀察效果。一般的移動范圍是30mm*70mm和50mm*70mm，主要的設計標準就是，載物臺距離工作底

8、面的距離于載物臺和人體的水平距離，分別設為B1和B2，考慮到人在調節(jié)使用載物臺的過程中的行為習慣，得出計算式。 </p><p>　　其中y1和y2分別衣著修正指數(shù)和身體活動余量修正。同理得出B2的表達式。經過計算得出： </p><p>　　B1=307～357mm </p><p>　　B2=301～348mm </p><p><

9、b>　　2、調焦機構設計 </b></p><p>　　調焦機構用于調節(jié)光學結構以便于觀察人員獲取最佳的成像效果，調焦的動作主要包括了上下移動和粗微調節(jié)機構，如何合理的設計能夠使得人在調焦的過程中更加的舒適和便捷。首先是調焦旋鈕的位置，在具體的使用過程中，顯微鏡是放在工作臺上的，我們無法獲取具體的使用高度和姿勢，所以我們只能將人體的上身活動分為三個維度的多個不同程度的拆解動作，分別為手肘在X、Y

10、、Z軸上的旋轉方向，并在matlab的環(huán)境下運行得出，人體的手臂舒適度域： </p><p>　　為了適應大多數(shù)人的使用習慣，我們從95百分位這一階段的數(shù)據為設計的參考點，確定出調焦按鈕的最佳設計尺寸，從而確定調焦按鈕在光學顯微鏡中的位置。其次是調焦按鈕的外形和尺寸，旋鈕的截面形狀對于人手的握持方式有著一定的影響，當旋鈕和手掌的接觸面積越大的時候，人手的貼合的程度越好，那么使用的手感就越好，但是太大了會讓人手在長

11、期的握持中增加疲勞感，所以對于旋鈕的直徑設計要求為。旋鈕的直徑設計保持在35mm-75mm之間，厚度的大小在20mm-50mm范圍內波動。最后是旋鈕的扭矩M，扭矩的大小設計也非常的重要，太大了會使握持不舒服，太小的話又不利于調焦的準確，由于人類的手部關節(jié)的操作力范圍為12N-18N，根據人體工程學的計算方法得出M的大小為： </p><p>　　除了基本的形態(tài)和尺寸設計，我們還要考慮到載物臺移動過程中的摩擦力設計

12、，太小的摩擦力會讓調節(jié)過程難以掌握精確度，阻力太大的話會增加人使用的機體勞累，所以適當?shù)哪Σ亮υO計也是機械結構設計中需要考慮的內容。 </p><p>　　3、物鏡轉換器的設計 </p><p>　　物鏡轉換器是迅速切換物鏡的機械裝置，有內定位和外定位兩種，轉換器的設計直接影響了成像的質量，根據人體工程學的原理，內定位型的轉換器比較能夠減輕操作的負擔，同時還能節(jié)省操作臺的空間，所以很多光學

13、顯微鏡的采用內定位轉換器，其設計也非常的滿足心理學和生理學的設計要求。 </p><p>　　結語：本文通過對光學顯微鏡的主要結構做了介紹，并對光學顯微鏡的機械部分的功能做了相應的闡述，利用人體工程學的設計理論，對光學顯微鏡的機械結構部分作出了具體的設計標準的研究，是符合我國當前光學顯微鏡制造標準的。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p>

14、;<p>　　[1]史紅偉，石要武，楊爽等.光學顯微鏡自動調焦指導函數(shù)的評價與選擇[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2013，25（2）：235-24 </p><p>　　[2]姜雪??，蕭澤新.基于人機工程學的光學顯微鏡機械結構設計[J].光學技術，2008，34（z1）：126-127，130 </p><p>　　[3]柯燕，甘巧強，楊建軍等.模塊化的保偏近場掃描光