为研究出更合理的光学显微镜机械结构设计原理及相关规范,基于人机工程学的设计理念,参阅我国光学显微镜的相关规范,对金相显微镜的机械结构——载物台、调焦装置、物镜转换器等的设计进行了分析。从安全可靠和舒适经济的角度,提出了适合金相显微镜机械结构的人性化设计方法和原则。该设计原则和机械结构设计尺寸的计算公式具有普遍适用性。

部分凹透镜的凹面由于设计和工艺的要求,需要磨出一个垂直于光轴的平面,往往该平面与通光口径重合,一般精度要求不严,所以传统的磨边机没有在线检测通光口径的功能。而对于通光口径要求严格的镜片,在线检测非常必要。为解决这一实际问题研发了专用检测仪器。先对凹透镜通光口径上边缘成像,再微调手轮,使得分化板刻度线对准上边缘,把此点定为零点,然后调动手轮,移动工作台,使得分化板与通光口径下边缘对齐,其经过的距离就是凹透镜的通光口径。这个距离通过固定在移动工作台上的光栅进行测量,从而实现了光栅精密测量和光学成像的巧妙结合,创新性的实现了小视场对大距离的测量。

研制了基于AT89C2051单片机的自动显微镜伺服控制系统.该系统采用分布式监控方式,由PC机经RS-232通信接口向单片机发送数据和命令,通过微控制器驱动控制环节和执行环节来实现显微镜载物台在X方向和Y方向上的二维运动(重复精度为±0.02mm),具有自动调焦(精度为0.5μm)和物镜的自动切换功能,能满足与医疗仪器主机配套的要求.该系统的研发不仅为显微镜的自动化作出了贡献,而且也将为提高我国显微镜的水平和行业的技术进步起到促进作用.

针对光电仪器行业对降低光电仪器成本日趋渐高的呼声,提出了运用价值工程理论对光电仪器结构设计中的经济性进行研究的思路。从产品结构设计成本、材料成本、产品制造成本、生产周期这四个方面对光电仪器结构设计中的经济性进行了分析研究。研究结果表明,光电仪器结构设计经济性分析有助降低光电仪器产品的生产成本、缩短生产周期、提升产品价值,从而获得较好的社会效益和经济效益。

为了动态地观测眼底显微图像, 为了便于进行图像处理,眼底电视或摄录兼容已成为眼底照相机近年来的一个重要发展方向.眼底电视光学系统是建立在传统Zeiss眼底照相机光学系统之上的,并具有渐进创新.卧式不散瞳广角眼底观测仪光学系统是眼底电视光学系统的具体化和复杂化.给出了设计实例.眼底电视光学系统的设计方法对眼底照相机类仪器的光学系统设计具有参考价值.

光学系统是自动生化分析仪的核心部件,其性能的好坏将直接影响整机性能.根据生化分析的检测要求,通过理论分析和实验对该仪器光学系统的各个部分进行了研究和设计.实现了两种设计方案,通过实验分析选择了较优的方案.

高精度工作台控制系统是现代自动显微系统的重要组成部分,其精度直接影响显微镜对样品的检测质量.介绍了一种基于AT89C52单片机的显微镜工作台闭环控制系统的设计方案.工作台移动时作为检测元件的光栅输出脉冲信号.单片机控制电路实现脉冲的计数并计算误差值,控制步进电机进行反馈补偿.步进电机通过细分驱动模块可以以四种不同的步距驱动工作台移动,以实现显微镜对工作台移动速度的不同需要.8位数码管实时显示工作台移动的实际位置.实验结果表明,该系统的重复定位精度可达到0.020mm,可满足显微镜对控制工作台的要求.

激光共焦扫描显微镜大多采用点共焦扫描成像形式,扫描机构复杂,成本高.新型的线结构光共焦显微成像技术是对样品进行线共焦成像,只需对样品进行一维扫描就可以得到整个平面的像.设计了线结构光共焦成像实验装置,进行了线结构光共焦显微成像实验.实验结果证明了线结构光共焦成像的可行性,杂散光明显地减少,提高了成像清晰度,并且有光学层析能力.采用低照度高分辨率CCD代替价格昂贵的像增强器大大降低了系统成本.

高精度扫描控制系统是现代扫描显微系统的重要组成部分，它影响着扫描显微镜对样品的扫描成像质量。提出了一种基于光栅检测的单片机闭环扫描控制系统的设计方案。该系统采用PC上位机发送指令，下位单片机控制扫描工作台的移动，光栅作为检测元件输出脉冲信号。单片机控制电路实现脉冲的计数并计算误差值，控制步进电机进行误差补偿。步进电机的硬件细分驱动，实现了步距2细分、4细分、8细分。实验结果表明该系统的重复定位精度达到0．005mm，满足扫描显微镜对扫描控制系统的要求。

环形透镜暗场落射照明系统越来越多被应用在特型显微镜上。该系统设计的难点是当采用现有的光学设计CAD软件设计计算时，由于环形透镜所具有的焦移特性的影响，难以保证预期的设计效果，也在一定程度上制约了该系统的推广应用。通过理论分析、实验论证和用自编制的照明设计CAD软件进行光线追迹，较好地确定了该系统的焦移量。并在此基础上提出了照明设计CAD与光学设计CAD软件互动迭代的设计方法。