CN103631011B - 一种显微镜快速调焦载物台装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显微镜调焦载物台装置，是由上部载物台、底座、压电陶瓷执行器、预紧弹簧以及控制单元等部件组成；本发明通过控制固定在上部载物台与底座之间的三个压电陶瓷执行器的独立或同步伸缩动作可改变载物台水平度或高度；控制单元通过调节直流电压驱动压电陶瓷执行器的径向位移，改变上部载物台的倾斜方向和倾斜角度，以及上部载物台的升降；本发明可用于生物显微镜、体式显微镜等多种光学显微镜，作为显微镜辅助器材，改善显微镜成像效果，降低调焦操作难度。由于采用压电陶瓷执行器，载物台移动精度可达0.1μｍ级，调焦速度达ms级，并容易实现50μｍ以上精确调焦范围变化。本发明具有结构简单、操作容易等特性，为满足高倍率显微观察提供高精度、快速准确的调焦方案。

Description

一种显微镜快速调焦载物台装置

技术领域

本发明涉及一种显微镜快速调焦载物台装置，用于光学显微镜的快速、高精度的微调焦辅助，属于显微镜功能扩展器具。

技术背景

传统光学显微镜一般采用调节物镜与试样之间的距离的方法实现对焦，其调焦机构普遍采用机械齿轮减速及齿轮齿条配合的调焦方法，存在调焦速度慢且易受到齿轮传动比及齿间距的影响，其调焦精度不好控制等问题，特别是针对40X以上的物镜显微镜而言，精准调整焦距更是一种技能。此外，在高倍率条件下，由于物镜镜深较小，显微镜原始载物台与镜筒垂直度有偏差或载玻片、试样的不平整都会使成像存在部分区域失焦情况，即局部清晰、边缘模糊等现象。另外，针对科学研究和微生物检测等高倍率显微观察或多幅面扫描拼接成像要求，以往的光学显微镜主要通过提高加工精度，或资深实验人员纯靠经验完成，其观察成本高，测试时间长。

本发明专利针对常规光学显微镜的高倍率下调焦和载物台或试样的不水平引起的成像效果差的问题，基于三点调整平面水平度和高度的方案，利用压电陶瓷执行器可快速、高精度调平载物台的倾斜角度和高度位移。该载物台装置结构简单、操作方便，可用于生物显微镜、体式显微镜等常规光学显微镜上，作为显微镜调焦功能的优化。

发明内容

本发明的目的是为了解决高倍率显微观察时调焦难、重复精度差等问题，提供一种显微镜快速调焦载物台装置，通过该装置可有效改善调焦精度和显微成像质量。

本发明是由上部载物台、底座、预紧弹簧、连接螺栓、压电陶瓷执行器、钢球、载玻片夹具、控制单元组成，其中上部载物台和底座组成快速调焦装置的台架，压电陶瓷执行器和钢球实现上部载物台高度的变化，连接螺栓和预紧弹簧组成预紧单元；上部载物台和底座通过三个压电陶瓷执行器和三个钢球进行三点支撑，钢球安装于压电陶瓷执行器的凹球槽内，同时通过点接触支撑上部载物台，通过点接触确保压电陶瓷执行器对上部载物台的支撑力精准传递并便于对上部载物台进行不同角度的调节；压电陶瓷执行器置于底座表面的压电陶瓷执行器卡槽内，并通过导线与控制单元相连接，通过控制单元调节压电陶瓷执行器两端的直流电压，独立或同步驱动、控制压电陶瓷执行器的径向位移变化，实现上部载物台的不同角度和方向的倾斜以及上部载物台的平行上升、下沉，改变了载玻片与显微镜物镜的距离，完成显微镜的微调焦；连接螺栓通过内螺纹孔与上部载物台相连接，连接螺栓头部置于底座连接螺栓凹槽内，并采用预紧弹簧对其进行预紧；上部载物台下沉时，连接螺栓在预紧弹簧的张力作用下，缩短了上部载物台的降低时间并确保钢球始终与上部载物台保持点接触，避免了降低时的不稳定性；上部载物台具有通光孔，载玻片夹具通过载玻片夹具固定螺栓固定在上部载物台上。

本发明的有益效果：

1、本发明利用精度高、响应快、易控制的压电陶瓷执行器支撑上部载物台，通过调节压电陶瓷执行器两端的电压，使其发生微小的径向位移变化，改变试样与物镜之间的距离，实现上部载物台的不同角度和方向的倾斜以及上部载物台的平行上升和下沉。

2、本发明由于采用压电陶瓷执行器，载物台移动精度可达0.1μｍ级，调焦速度达ms级，并容易实现50μｍ以上精确调焦范围变化

3、本发明装置结构及操作简单、方便、时间短、精度高，可用于传统光学显微镜实现快速、精准调焦和调平的功能的优化。

附图说明

图1是本发明的立体分解示意图。

图2是本发明的上部载物台与底座之间的连接示意图。

图3是本发明用于显微镜时的示意图。

其中：1-预紧弹簧；2-底座；3-连接螺栓；4-压电陶瓷执行器卡槽；5-通孔；6-连接螺栓凹槽；7-压电陶瓷执行器；8-钢球；9-载玻片；10-上部载物台；11-载玻片夹具；12-载玻片夹具固定螺栓；13-通光孔；14-导线；15-控制单元；16-显微镜载物台；17-固定螺栓；18-显微镜；19-物镜；20-钢球槽；21-内螺纹孔。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本实施例是由上部载物台10、底座2、预紧弹簧1、连接螺栓3、压电陶瓷执行器7、钢球8、载玻片夹具11、控制单元15组成，其中上部载物台10和底座2组成快速调焦装置的台架，压电陶瓷执行器7和钢球8实现上部载物台10高度的变化，连接螺栓3和预紧弹簧1组成预紧单元；上部载物台10和底座2通过三个压电陶瓷执行器7和三个钢球8进行三点支撑。如图2所示，钢球8安装于压电陶瓷执行器的凹球槽内，同时通过点接触支撑上部载物台10，通过点接触确保压电陶瓷执行器7对上部载物台10的支撑力精准传递并便于对上部载物台10进行不同角度的调节；压电陶瓷执行器7置于底座2表面的压电陶瓷执行器卡槽4内，并通过导线14与控制单元15相连接，通过控制单元15调节压电陶瓷执行器7两端的直流电压，独立或同步驱动、控制压电陶瓷执行器7的径向位移变化，实现上部载物台10的不同角度和方向的倾斜以及上部载物台10的平行上升、下沉，改变了载玻片9与显微镜物镜19的距离，完成显微镜18的微调焦。如图2所示，连接螺栓3通过内螺纹孔21与上部载物台10相连接，连接螺栓3头部置于底座2连接螺栓凹槽内，并采用预紧弹簧1对其进行预紧；上部载物台10下沉时，连接螺栓3在预紧弹簧1的张力作用下，缩短了上部载物台10的降低时间并确保钢球8始终与上部载物台10保持点接触，避免了降低时的不稳定性；上部载物台10具有通光孔13，载玻片夹具11通过载玻片夹具固定螺栓12固定在上部载物台10上。

本发明可置于传统光学显微镜载物台16上，如生物显微镜、体式显微镜、材料倒置显微镜等。如图3所示，常规生物显微镜上，本发明可通过底座2表面的通孔5和固定螺栓17将本发明固定在显微镜载物台16的表面。

本发明在显微镜18上的使用过程如下：

1、需观察的试样固定于本发明上部载物台10上，利用载玻片夹具11固定；

2、粗调焦利用显微镜18本身的调焦环完成；

3、寻找到样本位置和轮廓后改变调焦方法，利用本发明进行微调即通过控制单元15对三个压电陶瓷执行器7的位移同步控制（伸缩）实现精密调焦；

4、针对调焦完后显微镜视野范围内的部分区域的模糊（由于试样或载物台不平造成的不水平引起），利用控制单元15调整部分压电陶瓷执行器7，使三个压电陶瓷执行器7产生位移差，实现试样表面与光轴垂直度，实现显微镜18视野整体清晰度。

5、对于微生物自动检测、大型样品的全景拼接扫描观察，本发明结合计算机自动调焦软件，可实现快速动态定焦和调焦。

Claims (1)

1.一种显微镜快速调焦载物台装置，其特征在于：是由上部载物台（10）、底座（2）、预紧弹簧（1）、连接螺栓（3）、压电陶瓷执行器（7）、钢球（8）、载玻片夹具（11）、控制单元（15）组成，其中上部载物台（10）和底座（2）组成快速调焦装置的台架，压电陶瓷执行器（7）和钢球（8）实现上部载物台（10）高度的变化，连接螺栓（3）和预紧弹簧（1）组成预紧单元；上部载物台（10）和底座（2）通过三个压电陶瓷执行器（7）和三个钢球（8）进行三点支撑，钢球（8）安装于压电陶瓷执行器的凹球槽内，同时通过点接触支撑上部载物台（10），通过点接触确保压电陶瓷执行器（7）对上部载物台（10）的支撑力精准传递并便于对上部载物台（10）进行不同角度的调节；压电陶瓷执行器（7）置于底座（2）表面的压电陶瓷执行器卡槽（4）内，并通过导线（14）与控制单元（15）相连接，通过控制单元（15）调节压电陶瓷执行器（7）两端的直流电压，独立或同步驱动、控制压电陶瓷执行器（7）的径向位移变化，实现上部载物台（10）的不同角度和方向的倾斜以及上部载物台（10）的平行上升或下沉，改变了载玻片（9）与显微镜物镜（19）的距离，完成显微镜（18）的微调焦；连接螺栓（3）通过内螺纹孔（21）与上部载物台（10）相连接，连接螺栓（3）头部置于底座（2）连接螺栓凹槽内，并采用预紧弹簧（1）对其进行预紧；上部载物台（10）下沉时，连接螺栓（3）在预紧弹簧（1）的张力作用下，缩短了上部载物台（10）的降低时间并确保钢球（8）始终与上部载物台（10）保持点接触，避免了降低时的不稳定性；上部载物台（10）具有通光孔（13），载玻片夹具（11）通过载玻片夹具固定螺栓（12）固定在上部载物台（10）上。