CN104570313A - 一种基于压电效应的调焦*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压电效应的调焦***，用以解决目前在光学显微镜等物体上使用的机械调焦法调焦效率低，精度低等缺陷，其特征为***包括双层载物台、压电复合材料、供电模块及控制按钮模块。本***的优点为：变机械调焦为电子调焦，利用压电复合材料的电效应改变物镜与载物台的距离，通过控制按钮改变供电模块的电压输出，改变压电复合材料的形变行程，从而进行精确的调焦操作，改善成像效果，降低操作难度。
Description
技术领域
本发明设计一种用于显微镜调焦装置，尤其是一种利用压电效应改变显微镜物镜与载物台之间的距离的装置。
背景技术
传统光学显微镜通常采用机械装置调焦，一般有粗准焦螺旋和细准焦螺旋两个旋钮。对焦时先转动粗准焦螺旋确定镜筒的大致位置，再转动细准焦螺旋校正。这样的调焦方式不仅速度慢，而且精度不好控制，容易受到机械齿轮间距及齿轮传动装置的影响。尤其是40倍以上的高倍物镜显微镜，精准调焦尤为困难，通常只有经验丰富的实验人员才能完成。
本专利针对上述传统光学显微镜调焦难的缺点，提出了一种使用压电复合材料来改变载物台高度的调焦***。
压电材料是一种可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形的功能陶瓷材料，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用，可制成压电换能器、压电驱动器、传感器等。然而在电场作用下，压电陶瓷的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，由于行程受限，很多领域无法使用。目前人们将压电材料制成各种形状，希望通过累积微小形变的方法增加压电材料行程。
公布号为CN200979890Y的专利公开了一种螺旋结构的压电陶瓷(如图1所示)，这种结构的压电材料有一个很明显的缺点，该材料延伸方向为轴线方向，但最高和最低点连线却不通过轴心，使得在通电后压电陶瓷的延展面不与轴线垂直，造成材料作用点偏移，形状发生角度变化，固定困难等问题。
另外，该发明中增加压电陶瓷的行程方法只是将每层的形变量单纯累积，行程仍然较小。
由于压电材料的功能性主要由轴向应变来实现，所以本发明根据螺旋物体可放大形变的原理，采用N型双层螺旋结构，将压电材料的形变量增大，且延展方向过轴心，使得压电材料在通电后不会发生角度变化。通过这种新型结构的压电陶瓷，实现对载物台的高精度调节。
发明内容
在这里，我们列举了本发明的有些模块、功能、优点和创新性来概括本发明的主要目的。应了解，这些模块、功能、优点和创新性无需在某一特殊实施例中全部包括。
本发明的主要目的是，提供一种新型的调焦***，通过调节载物台的高度来改变焦距，通过该方法可有效提高调焦效率，增加调焦精度。
本***包括双层载物台、压电复合材料、供电模块及控制按钮模块。
所述的双层侧载物台上层台包括夹片和通光口，下层台包括压电复合材料底座、通光口，两层载物台之间由立柱连接，通过立柱保持两层台的相对位置。所述的立柱还用于固定压电复合材料的轴向位置。所述的压电复合材料底座由于为压电复合材料通电。
所述的压电复合材料包括外层金属电极层A，中间压电陶瓷层及内层金属电极层B，三层紧密结合为一体。所述“金属电极层A”除做电极使用还需作为金属底片，需采用延展性低、有一定厚度的金属片。所述“金属电极层B”只作电极使用，要求延展性很好。所述的新型压电复合材料采用N型双螺旋结构。所述的新型压电复合材料“压电陶瓷层”双螺旋圆心连线需与轴线重合。
通电后，电压通过金属电极使“压电陶瓷层”每块圆盘均发生沿轴向伸长，同时“金属电极层A”形状不变，故靠近A侧的压电陶瓷相对B侧收缩，使整片陶瓷沿轴向螺旋形扩张，进而改变载物台上层台位置。
所述的供电模块与压电复合材料底座相连，该模块受控制按钮模块影响，可输出多种电压，从而使压电复合材料的行程均匀增加或减小。
所述的控制按钮模块可通过改变供电模块电阻大小来实现供电电压的增加和减小。
本发明有益效果是：
本发明改变了传统变机械调焦为电子调焦，利用压电复合材料的电效应改变物镜与载物台的距离，通过控制按钮改变供电模块的电压输出，改变压电复合材料的形变行程，从而进行精确的调焦操作，改善成像效果，降低操作难度。同时设计出一种新型压电复合材料，可通过每层微小位移的累加有效增加材料的行程，保证了本设计实施的可行性。
附图说明
图1是本发明实施例中双层载物台示意图
图2是本发明实施例中光学显微镜示意图
图3是本发明实施例中的压电复合材料未通电时侧视图
图4是本发明实施例中的压电复合材料通电时侧视图
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于压电效应的调焦***，下面结合说明书附图，对本发明实施方式作进一步阐述。
图2为光学显微镜示意图，其中1为目镜，2为镜筒，3为物镜，上述3模块组成观察模块，由机械齿轮与8号镜架相连，由6号粗调旋钮实现上下移动，完成第一步调焦。4为双层载物台，由7号控制按钮实现上层载物台的增高和降低。5是反光镜，9为显微镜底座。
图1是本发明实施例中双层载物台示意图，其中载物台上层台包括夹片和通光口，下层台包括压电复合材料底座、通光口，两层载物台之间由立柱连接，通过立柱保持两层台的相对位置。所述的立柱还用于固定压电复合材料的轴向位置。所述的压电复合材料底座由于为压电复合材料通电。
所述的压电复合材料有四个分别位于上层载物台四角，该压电复合材料包括用于做电极和金属底片的“金属电极层A”；用于做电极的“金属电极层B”；用于提供压电效应的“压电陶瓷层”。
所述“金属电极层A”除做电极使用还需作为金属底片，在通电后保持自身形状不易改变，与“压电陶瓷层”产生形变差，因此需采用延展性略低或有一定厚度的金属片，如黄铜片等。“金属电极层A”与压电陶瓷层需紧密结合。
所述“金属电极层B”只作电极使用，要求延展性很好，可采用银层烧渗或真空镀膜的方式实现。
所述“压电陶瓷层”要求在形变时，形变行程较大，且形变后位置不可发生角度变化，最高点和最低点连线经过轴心，形变方向沿轴线方向，圆心O1、O2需在轴线上。
在不通电时，压电陶瓷层紧缩，侧视图(图3)呈英文字母“N”型，俯视图单螺旋呈蚊香形。
通电后，由于“金属电极层A”不发生形变，故靠近A侧的压电陶瓷相对B侧收缩，使整片陶瓷沿轴向螺旋形沿轴线伸长，同时，螺旋结构也可累积每层螺旋圆盘的微小形变，最终实现在轴向得到较大行程的目的，如图4所示。
4个压电复合材料底部与压电复合材料底座相连，固定在载物台下层台上，顶部支撑住载物台上层，同时作用可改变载物台上层台与物镜的距离，进而进行精密调焦的工作。
所述的供电模块一边与控制按钮相连，一边与压电复合材料底座相连，通过底座为压电复合材料供电。
所述的控制按钮模块可通过改变供电模块电阻大小来实现供电电压的增加和减小。
本发明使用方法如下所示：
1.将观察物放入载玻片内，用夹片固定在上层载物台中，调整反光镜使视野明亮，
2.利用粗调旋钮对显微镜进行初步调焦工作，
3.利用控制按钮增减载物台高度，完成细调焦工作，
4.本发明可将控制模块连接至电脑，利用电脑实现快速调焦和定焦工作。
需要指出，本说明书中的描述仅用于说明性的目的，而不应该理解为对本发明的限制，本发明的保护范围仅取决于权利要求书的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于压电效应的调焦***，其特征为：***包括双层载物台、压电复合材料、供电模块及控制按钮模块，
所述的双侧载物台上层台包括夹片和通光口，下层台包括压电复合材料底座、通光口，两层载物台之间由立柱连接，通过立柱保持两层台的相对位置，所述的立柱还用于固定压电复合材料的轴向位置，所述的压电复合材料底座由于为压电复合材料通电，
所述的压电复合材料采用上下两层涂覆金属电极，中间为压电陶瓷的三层复合结构，本陶瓷形状为N型双螺旋结构，两层螺旋中心位置重合，通电后可从轴心位置沿轴线方向往两边延展，进而改变载物台上层台位置，
所述的供电模块与压电复合材料底座相连，该模块受控制按钮模块影响，可输出多种电压，从而使压电复合材料的行程均匀增加或减小，
所述的控制按钮模块可通过改变供电模块电阻大小来实现供电电压的增加和减小。
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