CN201408165Y - 宝石折射率测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种宝石折射率测定仪，主要包括外壳、接目镜及主机板，主机板设在外壳内，主机板上设有折光棱镜、刻尺、场镜、反光镜I，折光棱镜为桥形，折光棱镜的出射面上设有柱面透镜，外壳内设有支撑板与主机板接触，支撑板上设有反光镜II、反光板和滤色片，接目镜通过目镜座与外壳连接固定。本实用新型有益的效果是：桥形结构折光棱镜的设计使得某一特定角度的反射光被限制在一定的宽度之内，这样就隔绝了漫射面出射的杂散光的进入，视场中的对比度也就相应提高。此测定仪在视场中观察到的明暗分界线要比其他类型的测定仪的分界线要清晰的多。

Description

宝石折射率测定仪

技术领域

本实用新型主要涉及宝石测定仪装置领域，主要是一种宝石折射率测定仪。

背景技术

目前使用的宝石折射率测定仪主要有两种形式，一种是半圆柱式，另一种是棱镜式。半圆柱式测定仪的入射光线成会聚形状，装校困难，造成视场内明暗界限不清；玻璃半圆柱体加工困难；入射杂散光线会进入视场，造成对比度下降。棱镜式测定仪的由于棱镜出射面的折射效应，使得折射率的测量范围有限；由漫反射面产生的光线部分可直接进入视场，造成对比度下降。

实用新型内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种更稳定可靠、更实用的宝石折射率测定仪。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种宝石折射率测定仪，主要包括外壳、接目镜及主机板，主机板设在外壳内，主机板上设有折光棱镜、刻尺、场镜、反光镜I，折光棱镜为桥形，折光棱镜的出射面上设有柱面透镜，外壳内设有支撑板与主机板接触，支撑板上设有反光镜II、反光板和滤色片，接目镜通过目镜座与外壳连接固定。

所述接目镜的镜头处设有偏振片。

所述接目镜外部由内到外设有调焦滑块及压簧，目镜座外套有目镜罩。

所述外壳顶部设有工作台板，工作台板上部设有保护罩，保护罩通过连块固定在外壳上。

所述刻尺固定在刻尺座上，刻尺座的一端设有压力弹簧。

所述外壳上设有透光孔，透光孔的位置与反光镜II相对应。

所述折光棱镜的入射面为磨砂面。

本实用新型有益的效果是：桥形结构折光棱镜的设计使得某一特定角度的反射光被限制在一定的宽度之内，这样就隔绝了漫射面出射的杂散光的进入，视场中的对比度也就相应提高。另外，由于可能达到观察视场中的反射光线其反射区域同时被限制在一个小范围内，使得接触面比较小的被测件在测试时，非宝石面的反射光很难进入视场，尤其是在临界角度非宝石面的反射光就更难进入视场，也正是由于上述两点，此测定仪在视场中观察到的明暗分界线要比其他类型的测定仪的分界线要清晰的多。另外，由于反射光线均出射出于很小的一个区域内，在出射面上粘接一块与折光棱镜折射率相同的柱面透镜，透镜圆柱面的中心线位于折光棱镜工作面的中心线上，这样就克服了棱镜式测定仪棱镜出射面的折射效应，扩大了测量范围，从而减少由于棱镜角度误差所带来的测量误差。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型原理图；

图3是折光棱镜折射原理图；

图4是刻尺定位图1；

图5是A～θ关系图1；

图6是刻尺定位图2；

图7是A～θ关系图2。

附图标记说明：连块1，保护罩2，反光镜II 3，工作台板4，滑动拉杆5，目镜座6，压簧7，调焦滑块8，接目镜9，偏振片10，目镜罩11，主机板12，反光镜I 13，支撑板14，场镜15，刻尺16，刻尺座17，压力弹簧18，柱面透镜19，折光棱镜20，反光板21，转动杆22，滤色片23，被检宝石24，光源25，出射面26，入射面27，外壳28，透光孔29。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对实用新型作进一步说明：

如图所示，这种宝石折射率测定仪，主要包括外壳28、接目镜9及主机板12，外壳28顶部设有工作台板4，工作台板4上部设有保护罩2，被检宝石24放在工作台板4上，盖有保护罩2，保护罩2通过连块1固定在外壳28上。主机板12设在外壳28内，主机板12上设有折光棱镜20、刻尺16、场镜15、反光镜I 13，刻尺16固定在刻尺座17上，刻尺座17的一端设有压力弹簧18，用于固定刻尺16，折光棱镜20为桥形，折光棱镜20的出射面26上设有柱面透镜19，外壳28内设有支撑板14与主机板12接触，支撑板14上设有反光镜II3、反光板21和滤色片23，反光镜II 3固定在滑动拉杆5上，滤色片23固定在转动杆22上，接目镜9通过目镜座6与外壳28连接固定，接目镜9的镜头处设有偏振片10，接目镜9外部由内到外设有调焦滑块8及压簧7，用于固定接目镜9及调节焦距，目镜座6外套有目镜罩11，起到保护作用。外壳28上设有透光孔29，透光孔29的位置与反光镜II 3相对应，光源25通过透光孔29将光投射在反光镜II 3上，光通过反光镜II 3反射到折光棱镜20的入射面27上，入射面27为磨砂面。

光线由光源25产生，经滤色片23成为单色光照射到折光棱镜20的磨砂入射面27，而产生漫射效应。漫射光投射到折光棱镜20与被检宝石24相接触的界面时，由折射定律和全反射定律知：当光线的入射角θ小于临界角θ0( $\mathrm{\θ}0={\sin }^{-1}\frac{n}{n_0},$ n为被测宝石折射率)时，光线在界面发生折射，而当光线的入射角大于θ0时，则界面上发生全反射现象。折射光进入被检宝石24，反射光则通过柱面透镜19投射到刻尺16上。通过后面的观察系统——场镜15、反光镜I13和接目镜9，可以看到带刻尺16的视场是有明、暗两部分组成。其中亮视场是由全反射光形成，暗视场是由折射光造成，而明暗场的分界线是由θ0(临界角)所决定。通过该分界线在刻尺16上的位置，就可以直接读出被检宝石24的折射率。

由全反射定律可知折光棱镜20的折射率越高，则可测试的宝石折射率也越高，所以采用SF57玻璃，其折射率n⁰＝1.84666

由图3，可得出某一角度全反射光束的宽度

a＝2Hsinθ-Wcosθ                    (1)

考虑到加工工艺因素，取H＝1mm，a＝2sinθ-Wcosθ

如果n¹＝1.30设a¹≈0，则W≈2，这样n²＝1.82时，a²≈1.717mm

由图3及式(1)知，随着被检宝石24折射率的不同，由于折射棱镜20的限制，在临界角发生全反射的光束宽度a也不同，且宝石折射率越高，光束宽度a越大。

由以上分析知在临界角全反射光束有一定的宽度a，所以该光束通过柱面透镜19时会发生光束会聚现象，如图4中的d曲面所示。

假设测试范围的中间值(θ_中≈62.5°)对应的全反射光束会聚于P’点，刻尺也以该点P’定位，如图4。i与i’有如下关系：

n₀sini＝sini’ $\sin i\≈\frac{a}{2R}=(2H\sin \mathrm{\θ}-W\cos \mathrm{\θ})/2R$

因为i，i’很小 $i^{,}\≈{\sin }^{-1}[n_0(2H\sin \mathrm{\θ}-W\sin \cos \mathrm{\θ})/2R]$

$\≈\frac{n_0}{2R}(2H\sin \mathrm{\θ}-W\cos \mathrm{\θ})$

由图4，可得出：

因为 $i\≈\frac{a}{2R}$ $i^{\′}\≈\frac{n_{0}a}{2R}$

所以 $d\≈\frac{R}{n_0-1}---\left(2\right)$

由式(2)得知各方向的反射光束通过柱面透镜19后会聚成一个距柱面透镜19等距离的柱面，且该柱面的中心线也是位于折光棱镜20工作面的中心线上，其半径为

如图4所示。我们取R＝17mm，这时d＝20mm。

当被检宝石折射率n₁＝1.30    全反射角度最小θ₁＝44.75°

                n₂＝1.82    全反射角度最大θ₂＝80.25°

刻尺16初定位于θ的中间值θ_中＝62.5°，如图5刻尺16在该角度上与d曲面相切于P‘点。因此可看出光束只有θ_临＝62.5°时，在P‘点成清晰象，而在其他方向均在刻尺16上成一个弥散斑，其宽为A。

参照图4：

而

化为：

带入具体数值：

根据上式可以得出A～θ的关系图，如图5曲线所示。

从图5中我们可以看到当θ在70°以上时，A值随θ的增加迅速增大，θ＝80°时A达到0.145mm将造成像非常模糊。如能按图5所示将刻尺16位置移到P位置，则A值就会在整个θ角度范围内处于一个平均都很小的允许值内。

从图5中可以看到刻尺处于P位置时，刻尺16与曲线的交点(也就是A＝0的点)在θ＝58°和θ＝77°附近，且θ＝80°时A≈0.03mm。

该P位置时刻尺16与d曲面第1交点在θ₁＝58°处，刻尺以θ₁＝58°时与d曲面的交点为原点转动β角度形成第二交点位于θ₂处，见图6，这时θ＝80°，A＝0.03mm(见图5)又刻尺转动前后在θ＝80°处刻尺距d曲面的距离缩短x，计算得出x＝2.53mm。

则得出转动角度

刻尺与d曲面的第二交点有如下关系：

得出θ₂＝76.9°

这样，A值的计算就可以分为三段：

θ＝45°～58°～76.9°～80°

设：三段分别以α₁、α₂、α₃表示，即：

α₁＝58°-θ        θ＜58°

α₂＝θ-58°        58°＜θ＜76.9°

α₃α＝θ-76.9°    θ＞76.9°

则三段A值分别有如下关系：

对应A～θ关系如图7所示

由上分析确定刻尺的最佳位置。

在刻尺的位置确定的基础上，我们来确定刻尺的隔值。如图6应以图中的Q点为基点来确定隔值，Q点对应的θ′＝67.5°，如果被测宝石的折射率为n，它所对应的全反射为θ，则它对应在刻尺中刻划线与Q点之间距离D有如下关系：

D＝[(R+d)-Δ]tg(θ-67.5°)                     (4)

根据式(4)，就可以进得刻尺的制作。

此实用新型的宝石折射率测试仪相对其他类型的宝石测定仪而言具有体积小，装配调试简单，测量范围大，精度高的特点。一般宝石测定仪的测试误差都在0.05以上，而本仪器的测试误差则小于0.02。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (8)

1、一种宝石折射率测定仪，主要包括外壳(28)、接目镜(9)及主机板(12)，其特征在于：主机板(12)设在外壳(28)内，主机板(12)上设有折光棱镜(20)、刻尺(16)、场镜(15)和反光镜I(13)，折光棱镜(20)为桥形，折光棱镜(20)的出射面(26)上设有柱面透镜(19)，外壳(28)内设有支撑板(14)与主机板(12)接触，支撑板(14)上设有反光镜II(3)、反光板(21)和滤色片(23)，接目镜(9)通过目镜座(6)与外壳(28)连接固定。

2、根据权利要求1所述的宝石折射率测定仪，其特征是：所述接目镜(9)的镜头处设有偏振片(10)。

3、根据权利要求1或2所述的宝石折射率测定仪，其特征是：所述接目镜(9)外部由内到外设有调焦滑块(8)及压簧(7)，目镜座(6)外套有目镜罩(11)。

4、根据权利要求1所述的宝石折射率测定仪，其特征是：所述外壳(28)顶部设有工作台板(4)，工作台板(4)上部设有保护罩(2)，保护罩(2)通过连块(1)固定在外壳(28)上。

5、根据权利要求1所述的宝石折射率测定仪，其特征是：所述刻尺(16)固定在刻尺座(17)上，刻尺座(17)的一端设有压力弹簧(18)。

6、根据权利要求1所述的宝石折射率测定仪，其特征是：所述外壳(28)上设有透光孔(29)，透光孔(29)的位置与反光镜II(3)相对应。

7、根据权利要求1所述的宝石折射率测定仪，其特征是：所述折光棱镜(20)的入射面(27)为磨砂面。

8、根据权利要求1所述的宝石折射率测定仪，其特征是：所述反光镜II(3)固定在滑动拉杆(5)上，滤色片(23)固定在转动杆(22)上。

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