一種基于壓電效應(yīng)的調(diào)焦系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計一種用于顯微鏡調(diào)焦裝置，尤其是一種利用壓電效應(yīng)改變顯微鏡物鏡與載物臺之間的距離的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡通常采用機(jī)械裝置調(diào)焦，一般有粗準(zhǔn)焦螺旋和細(xì)準(zhǔn)焦螺旋兩個旋鈕。對焦時先轉(zhuǎn)動粗準(zhǔn)焦螺旋確定鏡筒的大致位置，再轉(zhuǎn)動細(xì)準(zhǔn)焦螺旋校正。這樣的調(diào)焦方式不僅速度慢，而且精度不好控制，容易受到機(jī)械齒輪間距及齒輪傳動裝置的影響。尤其是40倍以上的高倍物鏡顯微鏡，精準(zhǔn)調(diào)焦尤為困難，通常只有經(jīng)驗豐富的實驗人員才能完成。
[0003]本專利針對上述傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡調(diào)焦難的缺點，提出了一種使用壓電復(fù)合材料來改變載物臺高度的調(diào)焦系統(tǒng)。
[0004]壓電材料是一種可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電場，也可以因電場作用產(chǎn)生機(jī)械變形的功能陶瓷材料，這種固有的機(jī)-電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，可制成壓電換能器、壓電驅(qū)動器、傳感器等。然而在電場作用下，壓電陶瓷的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一，由于行程受限，很多領(lǐng)域無法使用。目前人們將壓電材料制成各種形狀，希望通過累積微小形變的方法增加壓電材料行程。
[0005]公布號為CN200979890Y的專利公開了一種螺旋結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷(如圖1所示)，這種結(jié)構(gòu)的壓電材料有一個很明顯的缺點，該材料延伸方向為軸線方向，但最高和最低點連線卻不通過軸心，使得在通電后壓電陶瓷的延展面不與軸線垂直，造成材料作用點偏移，形狀發(fā)生角度變化，固定困難等問題。
[0006]另外，該發(fā)明中增加壓電陶瓷的行程方法只是將每層的形變量單純累積，行程仍然較小。
[0007]由于壓電材料的功能性主要由軸向應(yīng)變來實現(xiàn)，所以本發(fā)明根據(jù)螺旋物體可放大形變的原理，采用N型雙層螺旋結(jié)構(gòu)，將壓電材料的形變量增大，且延展方向過軸心，使得壓電材料在通電后不會發(fā)生角度變化。通過這種新型結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷，實現(xiàn)對載物臺的高精度調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在這里，我們列舉了本發(fā)明的有些模塊、功能、優(yōu)點和創(chuàng)新性來概括本發(fā)明的主要目的。應(yīng)了解，這些模塊、功能、優(yōu)點和創(chuàng)新性無需在某一特殊實施例中全部包括。
[0009]本發(fā)明的主要目的是，提供一種新型的調(diào)焦系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)載物臺的高度來改變焦距，通過該方法可有效提高調(diào)焦效率，增加調(diào)焦精度。
[0010]本系統(tǒng)包括雙層載物臺、壓電復(fù)合材料、供電模塊及控制按鈕模塊。
[0011]所述的雙層側(cè)載物臺上層臺包括夾片和通光口，下層臺包括壓電復(fù)合材料底座、通光口，兩層載物臺之間由立柱連接，通過立柱保持兩層臺的相對位置。所述的立柱還用于固定壓電復(fù)合材料的軸向位置。所述的壓電復(fù)合材料底座由于為壓電復(fù)合材料通電。
[0012]所述的壓電復(fù)合材料包括外層金屬電極層A，中間壓電陶瓷層及內(nèi)層金屬電極層B，三層緊密結(jié)合為一體。所述“金屬電極層A”除做電極使用還需作為金屬底片，需采用延展性低、有一定厚度的金屬片。所述“金屬電極層B”只作電極使用，要求延展性很好。所述的新型壓電復(fù)合材料采用N型雙螺旋結(jié)構(gòu)。所述的新型壓電復(fù)合材料“壓電陶瓷層”雙螺旋圓心連線需與軸線重合。
[0013]通電后，電壓通過金屬電極使“壓電陶瓷層”每塊圓盤均發(fā)生沿軸向伸長，同時“金屬電極層A”形狀不變，故靠近A側(cè)的壓電陶瓷相對B側(cè)收縮，使整片陶瓷沿軸向螺旋形擴(kuò)張，進(jìn)而改變載物臺上層臺位置。
[0014]所述的供電模塊與壓電復(fù)合材料底座相連，該模塊受控制按鈕模塊影響，可輸出多種電壓，從而使壓電復(fù)合材料的行程均勻增加或減小。
[0015]所述的控制按鈕模塊可通過改變供電模塊電阻大小來實現(xiàn)供電電壓的增加和減小。
[0016]本發(fā)明有益效果是:
[0017]本發(fā)明改變了傳統(tǒng)變機(jī)械調(diào)焦為電子調(diào)焦，利用壓電復(fù)合材料的電效應(yīng)改變物鏡與載物臺的距離，通過控制按鈕改變供電模塊的電壓輸出，改變壓電復(fù)合材料的形變行程，從而進(jìn)行精確的調(diào)焦操作，改善成像效果，降低操作難度。同時設(shè)計出一種新型壓電復(fù)合材料，可通過每層微小位移的累加有效增加材料的行程，保證了本設(shè)計實施的可行性。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例中雙層載物臺示意圖
[0019]圖2是本發(fā)明實施例中光學(xué)顯微鏡不意圖
[0020]圖3是本發(fā)明實施例中的壓電復(fù)合材料未通電時側(cè)視圖
[0021]圖4是本發(fā)明實施例中的壓電復(fù)合材料通電時側(cè)視圖
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于壓電效應(yīng)的調(diào)焦系統(tǒng)，下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步闡述。
[0023]圖2為光學(xué)顯微鏡示意圖，其中I為目鏡，2為鏡筒，3為物鏡，上述3模塊組成觀察模塊，由機(jī)械齒輪與8號鏡架相連，由6號粗調(diào)旋鈕實現(xiàn)上下移動，完成第一步調(diào)焦。4為雙層載物臺，由7號控制按鈕實現(xiàn)上層載物臺的增高和降低。5是反光鏡，9為顯微鏡底座。
[0024]圖1是本發(fā)明實施例中雙層載物臺示意圖，其中載物臺上層臺包括夾片和通光口，下層臺包括壓電復(fù)合材料底座、通光口，兩層載物臺之間由立柱連接，通過立柱保持兩層臺的相對位置。所述的立柱還用于固定壓電復(fù)合材料的軸向位置。所述的壓電復(fù)合材料底座由于為壓電復(fù)合材料通電。
[0025]所述的壓電復(fù)合材料有四個分別位于上層載物臺四角，該壓電復(fù)合材料包括用于做電極和金屬底片的“金屬電極層A”;用于做電極的“金屬電極層B”;用于提供壓電效應(yīng)的“壓電陶瓷層”。
[0026]所述“金屬電極層A”除做電極使用還需作為金屬底片，在通電后保持自身形狀不易改變，與“壓電陶瓷層”產(chǎn)生形變差，因此需采用延展性略低或有一定厚度的金屬片，如黃銅片等。“金屬電極層A”與壓電陶瓷層需緊密結(jié)合。
[0027]所述“金屬電極層B”只作電極使用，要求延展性很好，可采用銀層燒滲或真空鍍膜的方式實現(xiàn)。
[0028]所述“壓電陶瓷層”要求在形變時，形變行程較大，且形變后位置不可發(fā)生角度變化，最高點和最低點連線經(jīng)過軸心，形變方向沿軸線方向，圓心01、02需在軸線上。
[0029]在不通電時，壓電陶瓷層緊縮，側(cè)視圖(圖3)呈英文字母“N”型，俯視圖單螺旋呈蚊香形。
[0030]通電后，由于“金屬電極層A”不發(fā)生形變，故靠近A側(cè)的壓電陶瓷相對B側(cè)收縮，使整片陶瓷沿軸向螺旋形沿軸線伸長，同時，螺旋結(jié)構(gòu)也可累積每層螺旋圓盤的微小形變，最終實現(xiàn)在軸向得到較大行程的目的，如圖4所示。
[0031]4個壓電復(fù)合材料底部與壓電復(fù)合材料底座相連，固定在載物臺下層臺上，頂部支撐住載物臺上層，同時作用可改變載物臺上層臺與物鏡的距離，進(jìn)而進(jìn)行精密調(diào)焦的工作。
[0032]所述的供電模塊一邊與控制按鈕相連，一邊與壓電復(fù)合材料底座相連，通過底座為壓電復(fù)合材料供電。
[0033]所述的控制按鈕模塊可通過改變供電模塊電阻大小來實現(xiàn)供電電壓的增加和減小。
[0034]本發(fā)明使用方法如下所示:
[0035]1.將觀察物放入載玻片內(nèi)，用夾片固定在上層載物臺中，調(diào)整反光鏡使視野明亮，
[0036]2.利用粗調(diào)旋鈕對顯微鏡進(jìn)行初步調(diào)焦工作，
[0037]3.利用控制按鈕增減載物臺高度，完成細(xì)調(diào)焦工作，
[0038]4.本發(fā)明可將控制模塊連接至電腦，利用電腦實現(xiàn)快速調(diào)焦和定焦工作。
[0039]需要指出，本說明書中的描述僅用于說明性的目的，而不應(yīng)該理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅取決于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于壓電效應(yīng)的調(diào)焦系統(tǒng)，其特征為:系統(tǒng)包括雙層載物臺、壓電復(fù)合材料、供電模塊及控制按鈕模塊， 所述的雙側(cè)載物臺上層臺包括夾片和通光口，下層臺包括壓電復(fù)合材料底座、通光口，兩層載物臺之間由立柱連接，通過立柱保持兩層臺的相對位置，所述的立柱還用于固定壓電復(fù)合材料的軸向位置，所述的壓電復(fù)合材料底座由于為壓電復(fù)合材料通電， 所述的壓電復(fù)合材料采用上下兩層涂覆金屬電極，中間為壓電陶瓷的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，本陶瓷形狀為N型雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩層螺旋中心位置重合，通電后可從軸心位置沿軸線方向往兩邊延展，進(jìn)而改變載物臺上層臺位置， 所述的供電模塊與壓電復(fù)合材料底座相連，該模塊受控制按鈕模塊影響，可輸出多種電壓，從而使壓電復(fù)合材料的行程均勻增加或減小， 所述的控制按鈕模塊可通過改變供電模塊電阻大小來實現(xiàn)供電電壓的增加和減小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電效應(yīng)的調(diào)焦系統(tǒng)，用以解決目前在光學(xué)顯微鏡等物體上使用的機(jī)械調(diào)焦法調(diào)焦效率低，精度低等缺陷，其特征為系統(tǒng)包括雙層載物臺、壓電復(fù)合材料、供電模塊及控制按鈕模塊。本系統(tǒng)的優(yōu)點為：變機(jī)械調(diào)焦為電子調(diào)焦，利用壓電復(fù)合材料的電效應(yīng)改變物鏡與載物臺的距離，通過控制按鈕改變供電模塊的電壓輸出，改變壓電復(fù)合材料的形變行程，從而進(jìn)行精確的調(diào)焦操作，改善成像效果，降低操作難度。
【IPC分類】G02B21-24
【公開號】CN104570313
【申請?zhí)枴緾N201410822646
【發(fā)明人】陳相寧, 吳蕓
【申請人】鎮(zhèn)江豐成民用聯(lián)網(wǎng)設(shè)備科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日