r>[0027]本实施例中，测量光源为632nm的激光。
[0028]本实施例中，汇聚镜头为长工作距离物镜，物镜的型号为WJ-1050 (北京派迪威仪器有限公司)，工作距离为20.5mm。
[0029]本实施例中，载物平台和棱镜的接触面之间有匹配液，棱镜的型号为ZF13，匹配液的折射率为 1.7850±0.005(Gargille, Series:M)。
[0030]本实施例中，观测光源有两个，底部光源固定在外壳底面，照射方向竖直向上，侧向光源通过连接轴固定在外壳外部侧壁，照射方向斜向下且指向宝石样品。
[0031]本实施例中，所选用探测器为线阵N型金属-氧化物-半导体探测器，HamamatsuS3903-512Q。
[0032]本实施例中，外壳面向观察镜头的侧面上有孔，观测目镜的物镜穿过孔；外壳的其余三个侧面密闭；外壳的底座和调节固定座处于同一水平面，且固定在一起；外壳的顶部为载物平台。
[0033]本实施例中，宝石夹位于载物平台上；载物平台上开有方形孔，棱镜通过孔固定在载物平台上，位移台能够水平二维手动调节。
[0034]开始工作后，将探测器和计算机处理设备相连接，启动电源，打开观测光源和测量光源，调节各设备的高度和角度，将待测宝石放置在棱镜上并使用宝石夹固定，使用调节固定座上的调节机构进行对焦，通过载物平台手动调节旋钮改变宝石样品的观测位置。测量光源被长工作距离物镜会聚在棱镜-样品界面上，利用观察镜头能够看到聚焦点的位置。
[0035]工作中，测量激光从测量光源发出，经过长距离物镜，测量激光汇聚在待测宝石的待测点上，其反射光经过光阑和遮光罩被探测器接收。经过物镜之后的入射光，其入射角在一定范围内变化。通过选取折射率合适的棱镜，能够使样品的临界角在入射角的变化范围之内。根据斯涅尔折射定律(Snell’ s Law):
[0036]Θ c= sin (ns/np)(I)
[0037]Θ。是待测样品的全内反射临界角，ndPnp*别是样品和棱镜的折射率。入射角小于临界角的一部分光发生了折射，因此反射光较弱；当入射角大于临界角时，所有的入射光都发生了全反射，这一部分反射光光强和入射光相等。入射光从Θ t< Θ。到Θ t= Θ C的过程中，反射率会经过一个突然上升的过程，在探测器上会出现一个十分明显的明暗分界，其分界线的位置就对应着临界角的位置。利用计算机对探测器所采集到的数据进行数据处理，得到当前聚焦点处的折射率。调节载物平台，宝石、宝石夹、棱镜共同移动，以改变聚焦点所探测的位置，从而在观测的同时得到确定观测位置的折射率。
[0038]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容做出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于，包括观察镜头、调节固定座、底部光源、侧向光源、分光镜、外壳、测量光源、汇聚镜头、棱镜、宝石夹、遮光罩及光阑、探测器，其中观察镜头采用普通宝石显微镜的全部观察镜头，包括物镜和目镜；调节固定座包括支架和调焦机构；棱镜为等边梯形柱体，除两梯形面外，棱镜其余四面均为矩形且为抛光面，宝石夹为普通宝石显微镜所使用的宝石夹，测量光源、长工作距离物镜、棱镜、遮光罩及光阑、探测器位于测量平面，观察镜头、底部光源、分光镜、棱镜、位于观测平面，测量平面和观测平面相互垂直且均同外壳底面相垂直；由上至下，宝石夹、棱镜、分光镜、底部光源位于同直线上，该直线和外壳底面垂直，各部件分别通过光学杆架固定在外壳上；在测量平面，以棱镜至分光镜为轴，测量光源和长工作距离物镜位于一侧，遮光罩及光阑、探测器位于另一侧，工作距离物镜位于棱镜和测量光源之间，在观测平面，观察镜头位于分光镜反射光所指方向上，各部件通过各自光学杆架固定在外壳上，探测器外接有计算机处理设备。
2.根据权利要求1所述的用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于:测量光源为波长已知的激光，波长范围为400nm-800nm。
3.根据权利要求1或2所述的用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于:汇聚镜头为长工作距离物镜，物镜的标准工作距离为2cm-5cm。
4.根据权利要求3所述的用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于:棱镜和宝石的接触面之间有匹配液，匹配液的折射率和棱镜的折射率的偏差小于等于0.5%。
5.根据权利要求4所述的用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于:底部光源固定在外壳底面上，照射方向竖直向上，侧向光源通过连接轴固定在外壳外部侧壁，照射方向斜向下且指向宝石样品。
6.根据权利要求1或5所述的用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于:所选用探测器为线阵电荷耦合器件，或者是线阵N型金属-氧化物-半导体探测器。
7.根据权利要求6所述的用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于:外壳面向观察镜头的侧面上有孔，观测目镜的物镜穿过孔；外壳的其余三个侧面密闭；外壳的底座和调节固定座处于同一水平面，且固定在一起；外壳的顶部为载物平台；外壳所采用的材质不透光。
8.根据权利要求7所述的用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，其特征在于:宝石夹位于载物平台上；载物平台上开有方形孔，棱镜通过孔固定在载物平台上。
【专利摘要】一种用于宝石表面折射率测量的宝石显微镜，包括观察镜头1、调节固定座2、底部光源3、侧向光源4、分光镜5、外壳6、测量光源7、汇聚镜头8、棱镜9、宝石夹10、遮光罩及光阑11、探测器12，其中观察镜头采用普通宝石显微镜的全部观察镜头，包括物镜和目镜，本发明折射率测量放置在封闭的外壳中，减小观测过程中环境光对折射率测量的干扰，可以对宝石进行透射观测或反射观测，能够对观测点进行实时折射率测量，载物平台和棱镜的设计避免了观察过程中棱镜和宝石之间摩擦对棱镜或样品造成的损坏，观测光路和折射率测量光路的正交设计和遮光罩及光阑的使用避免了观测光源对折射率测量的干扰。
【IPC分类】G01N21-87, G01N21-43
【公开号】CN104777134
【申请号】CN201510197673
【发明人】叶青, 孙腾骞, 王槿, 邓志超, 张春平, 田建国
【申请人】南开大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月24日