[发明专利]一种显微镜物镜精密调焦装置

说明书

技术领域

本发明涉及压电驱动技术领域，尤其涉及一种显微镜物镜精密调焦装置。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，光学、电子、航空航天等领域都迫切需要高精度、高分辨率、控制灵活的微定位装置，用以直接进行工作或配合其它仪器设备完成高精度的微定位，微定位装置的研究和设计在越来越广的范围内得到人们的重视。传统电磁电机受限于工作原理和结构形式等原因已不能满足这些要求，这就要求研制新型的电机在某些领域代替电磁电机，压电电机就是其中一种先进的微特电机，它的出现弥补了传统电磁电机的不足。该种电机使用压电材料作为换能器件，即利用压电材料的逆压电效应激发出机械弹性体的高频振动来实现电能到机械能的转换。和传统电磁电机相比，压电电机位移分辨率高、响应快，它既可以作为驱动源来提供力或力矩，又可以用来直接驱动和控制运动平台实现高精度定位或步进功能。压电电机工作过程中不会产生电磁场且不会受到电磁场的干扰，非常适合于用在电磁等复杂环境中。同时，压电电机断电自锁、噪声小、结构设计灵活，可实现短、小、薄等的特点使得它在众多高、精、尖应用领域中成为传统电磁电机的有力补充。

当对压电陶瓷施加一定幅值的电压时，在压电材料的逆压电效应作用下，压电陶瓷就可以产生一定的变形。同时由于它的高速响应特性，如果对它施加突变电压，压电陶瓷就可以产生突变的力或位移。将压电陶瓷作为激励元件，通过施加电信号，经电—机转换的方式形成惯性冲击，也就成为惯性冲击作用产生驱动的一种方式。显微镜的物镜调焦距离和分辨率对于显微镜的观察效果有很大的影响，现有的光学显微镜其物镜调焦的分辨率一般在0.2mm左右，难以达到1um以下的精度。而压电驱动器最大的特点就是位移分辨率高，理论上可以达到无限精度，因此将压电驱动器应用于显微镜物镜的精密调焦上对于改进显微镜的观察效果具有重大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种手动调焦分辨率达到微纳米级的显微镜物镜精密调焦装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种显微镜物镜精密调焦装置，包含显微镜物镜、外壳、上板、法兰、压电振子、导轨、支撑板、钢球和四片压电陶瓷片；

所述外壳包括第一侧板、第二侧板、四条连接杆和八个柔性铰链，所述第一侧板中间设有用于穿过压电振子的圆孔，所述四条连接杆分别与第一侧板的四个90角、第二侧板的四个角通过八个柔性铰链链接，所述上板固定在第一侧板的上端、其上表面与外壳的上端面平行，所述上板上设有用于安置法兰的通孔；

所述导轨设置在所述第一侧板面向第二侧板的圆孔下；

所述压电振子头部呈水平设置的工字型、尾部呈竖直设置的楔形，且尾部的下端面为水平平面、上端面为斜面，所述压电振子头部工字型的两端设有质量相同的质量块，所述压电振子尾部的下端面能够在导轨上水平滑动；

所述支撑板一端固定在所述第二侧板上，另一端的底面上设有与所述钢球相匹配的内凹球面，且通过钢球与所述压电振子尾部的上端面相抵，所述支撑板接近第二侧板的平面上设有用于旋入显微镜物镜的螺纹孔；

所述显微镜物镜外壁上设有与所述螺纹孔的内螺纹相匹配的外螺纹；

所述法兰设置在上板的通孔上，其顶端与外部显微镜转换器螺纹连接，且轴线与所述显微镜物镜的轴线重合；

所述四片压电陶瓷片分别设置在所述压电振子头部，通过导线与外部控制电路相连。

作为本发明一种显微镜物镜精密调焦装置进一步的优化方案，所述压电振子尾部的下端面以及导轨的表面粗糙度小于等于1.25um。

作为本发明一种显微镜物镜精密调焦装置进一步的优化方案，所述导轨采用黄铜制成，且底部设有圆柱形磁铁。

作为本发明一种显微镜物镜精密调焦装置进一步的优化方案，所述柔性铰链为采用线切割加工片状柔性铰链，厚度均匀。

作为本发明一种显微镜物镜精密调焦装置进一步的优化方案，所述四片压电陶瓷片通过环氧树脂粘贴在所述压电振子工字型头部用于连接两个质量块的连接板的两个侧面上。

作为本发明一种显微镜物镜精密调焦装置进一步的优化方案，所述外壳还包含第一至第三物镜侧板，所述第一至第三物镜侧板与第二侧板、支撑板组成底部开放的长方体。

作为本发明一种显微镜物镜精密调焦装置进一步的优化方案，所述压电振子尾部的上端面的斜面倾角为11°。