CN102216759A - 宝石观察器 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于观看宝石的图像的设备。该设备包括用于将宝石支撑在观察位置的支撑结构。照照明结构包括引向观察位置以照亮宝石的多个定向光源。支撑结构和照明结构能够围绕旋转轴线彼此相对旋转。成像装置设置为在照明结构和支撑结构之间的多个相对旋转位置处获得处于观察位置的宝石的图像；该成像装置具有穿过观察位置的成像轴线。支撑结构被设置为使得能够以宝石的选定刻面的法线在从旋转轴线倾斜的倾角范围内的方式将宝石放置在观察位置处。定向光源配置为使得对于所述范围内的任何倾角，所述定向光源中的至少一个将从选定刻面被镜面反射到用于支撑结构的至少一个旋转位置的成像装置中。

Description

宝石观察器

技术领域

本发明涉及用于观察宝石的设备和方法。特别地，虽然不是排外地，本发明涉及用于观察宝石中的光的运用(play of light)和刻在宝石表面上的标记。

背景技术

宝石，且特别是钻石的美或吸引力被认为与宝石如何与光相互作用直接联系。这种相互作用熟知为″光的运用(play of light)″，并结合由宝石显现的诸如明亮度、火彩和闪光之类的特性。明亮度涉及由宝石返回到观察者的光的强度和反衬度，火彩涉及由宝石返回的色散光的量，闪光涉及在宝石相对于光源移动时对观察者可见的闪光的入射。

近来，采用商标、标识号和/或传达关于宝石的其它信息的标记雕刻宝石的实践已经变得更加广泛。可以采用多种方法，如在WO 98/52774中描述的方法将标记应用到宝石上。可以采用×10倍放大镜以对眼睛不可见的方式应用标记，使得它们不贬低宝石的价值或损坏宝石的外观。这意味着标记可以应用于刻面上，如宝石的切平面。这种标记通常刻入宝石中的深度高达约0.05μm。

在零售环境中，有利的是提供快速、实用且有效的观察器，该观察器允许零售商向消费者展示宝石中的光的运用和刻入的标记。

目前存在多种可用的用来观察宝石中的光的运用的观察器。在WO2001/14854中提供了这种观察器的一个例子。而且，观察器还可以用来观察刻在宝石中的标记，在WO 99/34197中描述了这种装置，其提供了用于观察宝石和标记的放大图像的手段，但没有提供观察宝石中的光的运用的手段。在EP 1319942中描述了另一种能够显示光的运用和标记的观察器。然而，由于提供用于显现光的运用和标记的合适光照条件存在困难，因此必须将宝石从观察器的一部分移动到另一部分，以观察这些不同的品质。

熟知的是，为了显示明亮度、火彩和闪光特性，要求变化的照明条件。例如，在某些照明条件下，色散光的水平会被非常耀眼的宝石的高水平的反射白光隐藏。变化的照明条件可以由如应用在明亮度观察仪器(TM)分析器中的活动环形照明设备提供，当在受控照明环境中从6个不同角度照亮该明亮度观察仪器(TM)分析器时，该分析器测量通过钻石的钻冠返回的光。还已经显示有利的是采用多向光源，如由多个LED制成的光源，特别是在显现宝石的火彩和闪光时。EP 1319942描述了用于采用可以旋转且其强度可以被控制以改变照明的高度对称照明模式确定宝石的光的运用的设备。这种对称照明系统强调宝石的对称性。然而，还熟知的是，虽然高度对称切割宝石为好的光的运用提供了好的可预测性，但具有较差对称度的宝石会给出同样好的光的运用。

类似地，US 7315356提供用于宝石的火彩进行成像的设备，其中通过对称照明模式提供变化的照明。已经发现，对于大多数宝石，采用高度对称照明模式不能为光的运用的视觉欣赏提供适当的手段。

本发明的目的在于克服或至少减轻与现有技术相关的一个或多个困难。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于观看宝石的图像的设备。该设备包括用于将宝石支撑在观察位置的支撑结构。照明结构包括引向观察位置以照亮宝石的多个定向光源。支撑结构和照明结构能够围绕旋转轴线彼此相对旋转。成像装置设置为在照明结构和支撑结构之间的多个相对旋转位置处获得处于观察位置的宝石的图像；该成像装置具有穿过观察位置的成像轴线。支撑结构被设置为使得能够以宝石的选定刻面的法线在从旋转轴线倾斜的倾角范围内的方式将宝石放置在观察位置处。定向光源配置为使得对于所述范围内的任何倾角，所述定向光源中的至少一个将从选定刻面被镜面反射到用于支撑结构的至少一个旋转位置的成像装置中。

因此，当宝石在支撑结构上旋转(或者照明装置相对于宝石旋转)时，宝石中的光的运用可以以吸引人的方式显示给使用者。此外，将具有至少一个旋转位置，在所述至少一个旋转位置上，来自定向光源中的一个的镜面反射将从选定刻面(其通常将为切平面刻面)引入成像装置中。如果在该刻面中刻有标记，在当宝石处于该旋转位置时，可以获得标记的图像并将图像显示给使用者。因此，宝石中的光的运用和刻在宝石上的标记都可以显示给观察器，而不需要将宝石从一个位置移动到另一个位置。上述所有的元件与显示屏一起可以一起集成为其中可以放置宝石的单个仪器。

而且，由于选定刻面的法线仅需要在相对于支撑结构的旋转轴线的倾角范围(例如小于5°，或甚至小于10°)内，因此没有必要将宝石精确地放置在支撑结构上。宝石例如可以安装在放在指环盒中的指环中。只要宝石的切平面大致水平(例如与水平方向的夹角小于约20-25°)，当它旋转时，仍将存在其中可以由成像装置获得标记的图像的至少一个位置。可替换地，宝石可以为松开的宝石，放置在支架中，使得切平面在最上面。再一次，即使对准是近似的，仍将存在可以观看到刻在切平面上的标记的至少一个旋转位置。可以采用对本领域技术人员公知的任何支撑松开的宝石或将宝石支撑在珠宝底座中的方法。

照明结构还可以包括漫射光源，使得整个宝石都被照亮，而不仅仅是单独的闪光。定向光源和/或漫射光源可以为白光光源，并且可以包括白光LED。漫射光源可以包括漫射体，其可以具有光圈，该光圈包括从中通过以允许来自定向光源的光穿过的材料的孔或通光区域。定向光源可以包括具有准直透镜的LED，该准直透镜提供一定准直度的光。准直透镜可以连接至LED，或者连接至或结合到漫射体中。

虽然能够旋转照明结构并保持宝石静止，但已经发现，如果宝石本身旋转，则看起来更自然。在这种情况中，支撑结构可以包括旋转工作台。对消费者还有利的是，能够在图像同时显示在荧光屏上的同时直接看到宝石。支撑结构还能够朝向和远离成像装置移动。

定向光源可以配置成对称模式，但如上所述，这种方法倾向于仅对高度对称的钻石有利。因此，在一种实施方式中，定向光源被配置成其中不具有4倍或8倍旋转对称的模式。由于期望宝石的图像应当以吸引人的方式呈现成消费者，则定向光源可以大致均匀地设置在照明结构上。

获得至少一个镜面反射的图像要求可以以下述方式解决。在所述刻面处于任何给定倾角的情况下，对于支撑结构的360°旋转，能够从成像装置看到位于照明结构上的反射到选定刻面中的反向束的轨迹。定向光源随后可以被配置为使得对于位于所述倾角范围内的每个倾角，所述定向光源中的至少一个位于该倾角的该轨迹上。

定向光源可以配置成螺旋模式。这例如可以通过以例如90°(其带来4倍对称)或以137.5°的″金角″(虽然将会理解，其它角度也可以是适合的)在连续的轨迹上推进定向光源的相位。

照明结构可以大致设置在成像装置和观察位置之间，照明结构中的孔使得光能够从观察位置通向成像装置。照明结构可以为大致平坦的，或者在某些配置中可以形成曲面或球形截面。该设备的成像轴线可以为与支撑结构的旋转轴线共线，或者可以以例如0°和45°之间或0°和5°之间的角度倾斜。如果成像轴线和旋转轴线共线，则可能需要设置用于沿着成像轴线引导定向光的虚设定向光源。这例如可以通过分束器的使用实现。

该设备的成像装置可以产生由透镜形成的宝石的图像，该透镜可以是变焦距的，并可以包括自动聚焦。成像装置还可以包括照相机，如CCD或CMOS照相机。该设备的成像装置和透镜可以包括单个模块。透镜可以具有放大倍率范围，和/或照相机可以设有足够的象元(像素)，以允许数字变焦。

可以设置处理器，该处理器用于分析由成像装置获得图像，并确定定向光源中的一个从选定刻面镜面反射到成像装置中所处的旋转位置，以便能够获得标记的图像。处理器可以可操作地连接至用于控制支撑结构和照明结构之间的相对旋转的控制系统。控制系统可以构造为确保在照亮宝石中的光的运用的图像已经显示给使用者之后，支撑结构移动至合适的用于将标记的图像显示给使用者的旋转位置。控制系统还可以适于控制定向光源的操作，并且处理器适于确定在支撑结构处于合适的旋转位置时哪个定向光源被镜面反射到选定刻面中。这使得能够控制定向光源，以便可以″抑制″标记的图像，直到系列结束，并且还通过使用合适的定向光源使得能够尽可能清楚地显示标记。还可以采用用于记录宝石中的光的运用和刻在宝石上的标记的图像或图像系列的记录系统。

根据本发明的另一个方面，提供了一种设备，用于在单个集成单元中产生和观看松开或安装的宝石中的光的运用和宝石上的刻入标记的图像。该设备包括用于将宝石支撑在观察位置的支撑装置。照明装置设置为用于照亮处于观察位置的宝石，该照明装置包括多个定向光源和漫射光源。旋转装置设置为用于相对于照明装置旋转支撑装置。成像装置设置为用于获得处于观察位置的宝石的图像。显示装置设置为用于在支撑装置的多个旋转位置处将宝石的图像显示给观察者。

本发明还提供了一种用于便于松开或安装宝石的光的运用和刻入标记的视觉欣赏的方法，该方法包括任何形式的上述设备观看宝石。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于便于松开或安装的宝石(如钻石)的光的运用和刻在宝石的选定刻面(通常为切平面刻面)上的标记的视觉欣赏的方法。用多个定向光源照亮宝石，并使宝石相对于所述多个定向光源围绕旋转轴线旋转。宝石的选定刻面的法线位于从旋转轴线倾斜的倾角范围内。当宝石旋转时获得宝石的图像，并将这些图像显示给观察者。定向光源配置为使得，对于该范围内的任何倾角，所述定向光源中的至少一个将从选定刻面被镜面反射到用于宝石的至少一个旋转位置的成像装置中。通过将宝石旋转至一个定向光源被从选定刻面镜面反射到成像装置中所处的旋转位置，刻入的标记的图像可以被显示给使用者。当宝石被照亮并旋转时还可以用肉眼观看宝石。

因此本发明，至少在一些实施方式中，提供了便于松开的或安装的宝石和刻入的标记的光的运用在单个集成单元中视觉欣赏的设备和方法。该单元可以被制造为要求很少的技能或训练来使用的单个集成系统。

而且，本发明的一些实施方式提供了用于观看松开的或安装的宝石的设备和方法，包括下述要素：

1.显示宝石的光的运用，以便可以用肉眼直接看到它。

2.产生宝石的放大图像，以显示光的运用。

3.产生宝石的放大图像，以显示刻入的标记。

本发明的一些实施方式提供用于在不考虑宝石的对称度的情况下，观看和产生宝石的光的运用和标记的图像的设备和方法。

附图说明

现在将仅以举例的方式并参照附图描述本发明的一些优选实施方式，在附图中：

图1为用于显现宝石中的光的运用和刻在宝石上的标记的观察器的示意图；

图2为定向光源的配置的示意图；

图3为定向光源的可替换配置的示意图；

图4为定向光源的另一种可替换配置的示意图；

图5为定向光源的又一种可替换配置的示意图；以及

图6为可替换观察器的示意图。

具体实施方式

总体配置

图1示出了观察器100的示意图。观察器的结构由基座101和大体(虽然没有必要精确地)垂直于基座的支撑构件102形成。线性滑动装置103可移动地安装在支撑构件102上，以便它可以沿着支撑构件102移动。旋转工作台104由线性滑动装置103支撑。

旋转工作台104的表面优选平行于基座101，且在正常操作中，基座101将放置在基本水平的表面上，如珠宝商店的柜台上。因此在说明书中对水平和垂直的引用涉及平行和垂直于基座101下侧的方向。

诸如照相机之类的具有透镜组106的成像装置105安装在支撑构件102上，使得它沿着成像轴线107指向旋转工作台104，成像轴线107应当平行于支撑构件102。因此线性滑动装置103允许旋转工作台104沿着成像轴线107朝向或远离成像装置105移动。成像轴线107优选以例如5°的角度倾斜于垂直方向，虽然可以采用0°和45°之间的任何角度。

透镜组106包括多个折射元件，且通常设置有可以改变放置在旋转工作台104上的物体和成像装置105之间的放大倍率，且因此调节焦距的内部机械运动。这种透镜通常熟知为变焦或变焦距透镜。成像装置105和透镜106可以为单个模块，如与辅助关闭透镜元件的Sony块照相机(Sony block carema)。

在可替换实施方式中或除此之外，成像装置105可以设置有要求产生具有可接受质量的图像的多个象元(像素)，以便可以采用通常熟知为数字变焦的技术。

观察器还设置有照明结构110，其可以表征为组合两类照明元件。一组提供多个定向元件，另一组可以提供漫射背景。可以使用任何常规光源。在一种实施方式中，采用诸如白光发光二极管(LED)的白光光源。

如图1所示，照明结构108通常采取围绕成像轴线107的平盘形式，且包括位于漫射体111上方的一组定向LED 109和一组背景LED 110。漫射体111散射从背景LED 110传播的光，以向放置在旋转工作台104上的物体提供漫射照明。漫射体111中的在每个定向LED 109正面的孔(或通光孔)112允许来自每个定向LED 109中心的定向照明到达旋转工作台104上的物体。

在使用中，诸如珍品钻石之类的宝石113被支撑在宝石支撑件114上，并沿成像轴线107放在旋转工作台104上。钻石113的图像随后可以由透镜106形成在成像装置105中。宝石113通过旋转工作台104的旋转而旋转，并且可以通过采用线性滑动装置103朝向或远离透镜106移动。旋转钻石的图像显现在荧光屏115上。这使得使用者能够在宝石113旋转时看见它的放大视图，并且这允许将钻石中的光的运用显示到最大效果。

宝石113将通常为抛光宝石，如圆形磨光切割钻石，但将会理解，也可以观察其它钻石切割(或其它宝石)。宝石将通常具有熟知为作为它的最上面的表面的切平面刻面的主平面刻面，并且应当定向为使得该刻面尽可能接近水平。切平面刻面的法向通常应当与垂直方向成小于22.5°的角度，并且应当与实际中一样与垂直方向接近0°。

宝石支撑件114可以允许将宝石108支撑在旋转工作台104上的任何支撑装置。如果宝石113形成诸如订婚戒指的宝石戒指的一部分，则宝石支撑件114将构成戒指本身，宝石113安装在其中，例如，在商店中也可以用来展示戒指的戒指盒。

控制和反馈

在操作中，对于诸如微处理器之类的合适控制装置和合适的驱动电路(未示出)有利的是，能够独立地控制每个定向LED 109。通过控制每个LED吸引的电流，或者通过脉宽调制技术，每个LED的亮度可以是可调节的。此外，背景LED 110应当具有所有散射LED共有的类似的控制通道。

控制装置还应当能够控制线性滑动装置103和旋转工作台104的运动，以改变宝石113和透镜106的相对位置。线性滑动装置的运动构成焦距调节。

控制装置还应当控制成像装置105和透镜106的操作。非限制性的，这些控制将涵盖透镜106的孔径光阑、成像装置105的曝光时间、以及成像装置105中提供的增益、色平衡、对比度和亮度及任何图象锐化。它可以为，透镜106设有可以由成像装置106或由控制装置自动控制的焦距调整。

由成像装置105产生的图像数据可以直接显示在荧光屏115上，如集成在设备的壳体(未示出)中的平板视频监视器。例如，宝石113的图像可以由与宝石113的潜在购买相关的消费者和销售人员同时观看。

提供某种反馈将是有用的，使得控制装置可以进行恰当的调节，以获得有利于销售过程的吸引人的图像系列或视频。以最简单的形式，销售人员可以通过评估图像并对多种控制进行调节而提供反馈。

然而，优选的是，在设备内提供反馈，使得一旦已经供给启动激励，则该设备在没有其它干涉的情况下执行预定的展示。通过采用帧接收器将图象帧记录在计算机存储器(未示出)中，或者通过直接采用产生数字视频信号的成像装置，该设备可以分析由成像装置105产生的图像数据。可以由数据分析和处理装置分析和修改图像。显示的图像可以为原始图像数据或由数据处理装置(未示出)记录并修改的图像数据。

作为例子，且非限制性的，数据处理装置可以将图像分成单独的红色、绿色和蓝色通路，并为每个通路计算柱状图。柱状图可以用来确认每个通路中出现的亮度级的范围。这些柱状图可以与目标值进行比较，并且用来采用定向或漫射LED109、110调节照明水平。进一步数据处理可以用来确认由宝石113的占据的图像区域，并且如果图像尺寸例如太小，则控制装置可以调节透镜106的变焦设置，以提供更大的放大倍率。

为了获得其它信息，控制装置可以改变由特定定向LED 109产生的亮度级，并且数据处理装置可以通过检测所产生的图像的变化确定这样做的效果。该信息可与旋转工作台104的特定位置或位置范围相关联，以便，例如，系统将直到特定的定向LED 109在旋转工作台104的已知旋转位置范围内从宝石113的切平面刻面产生明亮的反射。随后在抑制或强调来自切平面刻面的反射的过程中可以使用该信息(其可以存储在数据分析或控制装置内的合适的数据结构中)。

照明

虽然可以采用照明元件的任何合适配置，但它应当具有某些特性，以确保在不同的场合中以吸引人的方式呈现钻石珠宝，所述不同的场合可以从下述情况选择，但不限于下述情况：

-提供照明，以便将宝石和珠宝以吸引人的方式呈现给直接观看宝石的观察者；

-提供照明，以便可以在该设备的显示屏或另外的荧光屏上观看包含宝石和可能包含珠宝的吸引人的图像；

-提供照明，以便在不要求将要观看的刻面的方位进行任何精确对准的情况下，可以通过镜面反射观看刻面(如果存在)和刻入所述刻面中的铭刻。

换句话说，应当能够在在宝石在旋转工作台104上旋转时，在荧光屏115上或直接向使用者提供吸引人的显示。随后应当能够采用相同的照明系统且不要求从旋转工作台上移动宝石的情况下向使用者显示刻在宝石上的标记的图像。

定向LED 109与背景LED 110和漫射体111一起的双重配置帮助满足这些条件。定向LED 109用作照亮宝石113的″点光源″。从这些点光源反射到成像装置105中的光将作为闪光出现在宝石113的图像中，且将使宝石看起来″耀眼″。来自定向LED 109的光也将被反射出仪器并直接反射至观察者，观察者将在荧光屏上的图像中和直接″亲身″看到宝石113闪耀。

如下文将更详细地说明书的那样，在某些场合下，来自定向LED 109中的一个光也被将从宝石的切平面刻面直接镜面反射到成像装置105中。这将使得能够在荧光屏115上观看刻在切平面刻面中的标记。

如果宝石113仅由定向LED 109照亮，有时可能表现为具有一些光点的普遍黑暗图像。背景LED 110和漫射体111提供照射整个宝石113的漫射光，以便它在显示在荧光屏115上的图像中看起来非常明亮。两种照明效果的组合导致宝石113的图像更加吸引人。

将会理解，漫射体111中的孔112的直径将对定向LED109的光源的视位置具有影响。这些孔的直径比定向LED小，在这种情况中光源将看起来位于孔处，而不是位于它们的实际位置处。在定向LED 109和宝石113之间可以设置其它光学元件。这些元件的一个效果将是进一步改变定向LED源的视位置。

在一种实施方式中，定向LED 109定位为有助于使宝石在直接观看和在显示屏上的外观吸引人，同时还确保对于旋转工作台104的至少一个方位或方位范围，在切平面刻面处的来自定向LED 109中的至少一个的镜面反射将进入成像装置105，而不要求切平面刻面的方位进行任何精确的对准。

将会理解，钻石图像的吸引力是主观方面，而使刻入的标记的观察在旋转循环中可见是更客观的标准。该后一种标准对现在将参照图1描述的照明配置具有限制。

本质上，如果来自其中形成有标记的刻面的镜面反射入射到成像装置105中，则可以通过成像装置看到刻入的标记。如果源自特定定向LED 119且入射到刻面上并根据光反射定律反射的光线116沿着成像轴线107入射，则将从珍宝钻石113的刻面上观察到镜面反射。

等同地，如果沿着成像轴线107从成像装置105向宝石113传播并从宝石113的切平面刻面反射的假想反转光线引向定向LED 119中的一个，则满足用于将观察的反射的条件。

图1图示了相对罕见的情形，其中，或许意外，宝石113的切平面刻面的法线已经放置成平行于旋转工作台104的旋转轴线117。在这种情况中，示出为引向定向LED 119中的一个的反向线116的方向未由旋转工作台104的旋转改变，且将总是引向可以称为模式的″中心″LED 119的特定的定向LED 119。

通常，宝石113将不被这种对准，且当旋转工作台104旋转时，反向反射线116将在漫射体111的下侧上描绘近似圆形的轨迹，该轨迹的中心近似位于中心LED 119。

将会理解，该轨迹的精确形状将取决于设备的详细几何形状。对于示出的情况(其中源看起来位于漫射体111下侧处的平面中)，该表面上的轨迹将是圆锥曲线，并且这可以根据上述原理作图。

对于旋转轴线117和反射刻面的表面法线之间的小倾角，反向反射线将继续与中心LED 119交叉，且将继续观察到镜面反射。但当角度增加时，反射线的轨迹将不再与中心LED 119交叉，且从该源将不出现镜面反射。

代替的是，至少另一个源必须定位为与该轨迹交叉，以便在旋转工作台旋转期间，反向反射线116的轨迹将至少与该另一个源交叉。

对于宝石表面法线和旋转轴线117之间的某个角度范围，每个源109将在旋转工作台104旋转期间在某个点处提供用于镜面反射的照明。这意味着可以在漫射体111的下侧构造由一系列近似圆形环构成的图，所述环之间的间距取决于定向源的尺寸。

这在图2中图示了，图2以示意形式示出了漫射体111的下侧和由漫射体111中的孔112限定的定向源。该图的中心中的圆圈201表示来自透镜106的光穿过的盘的中心中的孔，并限定了其中不可能在不引入分束器或类似物的情况放置源LED的区域。

对于旋转工作台104的一次完整旋转，对于旋转工作台的旋转轴线117和珍品钻石的切平面刻面的法线之间的倾角范围，一组嵌套的近似圆形的曲线202表示反向线的轨迹，该轨迹沿着成像轴线107出现并从宝石113的切平面刻面反射。该图示出了成直线的孔112(每个孔将具有位于后面的定向LED 109)的一种可行配置。将注意到，孔112(以及LED 109)也具有有限的尺寸，且不作为理想的电源。假设至少一个定向LED 109定位在每条曲线202上，并且相邻的环之间的最大间距小于源LED109的视直径，则将在旋转工作台旋转期间观察到来自切平面刻面的至少一个镜面反射。

光学仪器设计领域的技术人员将会理解，用于反射观察的标准应当适当地考虑源LED孔112和透镜106的光圈的卷积(convolution)，但在实际中，这种仅考虑主光线的照明的基本处理提供了足以根据本发明组装设备的指导。

将注意到，虽然图2示出了源LED 109的可行配置，但源LED 109未近似均匀地分布在漫射体表面的上方，而是都在一侧。这种配置将确保可以在至少一个旋转位置处观看到刻在宝石113的切平面刻面上的标记，但将对钻石的外观具有有害的影响，特别是钻石的闪光布置，使得当经由成像装置105观看时它们不可能看起来均匀地分布在钻石表面上方，而是可能看起来聚集到一侧或呈通常令人不满的布置。

在图2中图示了可替换的配置，图3示出了可替换的漫射体311的下侧。在这里，每个孔312和相关的定向LED的位置已经改变，它们不再成一条线，而是以更平衡的方式分布。模式仍将满足总是可以从钻石的切平面刻面看到镜面反射的一般要求。这已经通过下述方式获得，即将孔312设置在连续环302中，以便它们对应于对于宝石切平面刻面倾角的每次增加，通过将旋转工作台104的旋转角度推进90°产生的反射。这可以称为连续环302之间的90°相位超前，如此产生的模式可以称为具有90°超前角的螺旋。

这个例子具有围绕在中心LED和相关孔322上对中的轴线4倍对称度。如果希望进一步增强这种对称，例如纯粹地，通过将4个定向LED放置在圆圈302中的每一个上，和/或，如随后将讨论的那样，减小或消除旋转工作台104的旋转轴线117和成像轴线107之间的倾角，以产生更加对称的观察和照明分布。

用对称光分布，特别是用具有类似于宝石113的刻面图案的对称性度的对称光分布照明宝石的效果是在图像中产生闪光或加亮区的对称图案，假设已经非常精确地抛光了宝石。这种抛光精度可以由术语″光学对称″描述，这种抛光精度可能超出了例如在品级证明书上获得出色的对称等级所需要的精度。

珍品钻石切割法，如圆磨光刻花法或公开方切割(Princess cut)法通常具有四倍对称，因此具有四倍对称的照明图案，如参照图3描述的例子，可能显示具有好的光学对称的钻石中的高度对称图案。

具有高光学对称的钻石的好处是钻石贸易的争辩或争论的主题。如果采取希望高光学对称度的视角，则将优选的是例如根据图3以对称方式配置照明，以便可以展现光学对称度。

然而，大多数抛光的钻石未被制造到获得高光学对称度所需要的苛刻公差。虽然这可以解释为差的技艺的一般认可，但还可以争论珍品钻石的美或吸引力与钻石一般如何与光相互作用相关，而不是它在设计为强调光学对称的特定人为照明和观察配置下如何呈现。在这种钻石中，刻画精度(假设它不是太易变)足以以经济成本产生吸引人的钻石。

因此，在某些场合中，将希望的是提供可以被认为是自然或非认为的照明，缺少将可以与宝石的光学对称相互作用的任何明显对称。在图4中图示了示例性的配置，图4可以直接与图2和3相比较。

在图4中，孔412后面的连续的LED以近似137.51°(通常称为金角的角度)的相位被推进。这种以自然生长型，如以螺旋叶序交会的角度确保连续源LED围绕轴线适度均匀地配置，同时确保在可能强调钻石的光学对称的照明配置中不存在任何简单的对称，如4-倍或8-倍对称。

虽然在定向LED的配置中使用金角对产生平衡自然照明是有效的，但将会理解，其它配置也是可行的，并且可以以任何配置的定向LED组装设备(假设避免明显的4或8倍对称外观)。例如，每个连续环可以采用随机或任意相位。

图2-4图示了在成像轴线107和旋转台104的旋转轴线之间引入倾角的作用。通过将中心LED和相关联的孔移动离开成像轴线，并且通过其它定向LED的正确放置，能够避免将任何源放在漫射体111的成像系统105、106通过其观看珍品钻石的部分201内，同时确保切平面的镜面反射将是看的见的。虽然这种配置具有这种优点，但可以采用产生类似技术效果的其它配置。

图5图示了用在其中已经使旋转工作台的旋转轴线117平行于成像轴线107的系统中的漫射体511，但图4的配置被保留，使得它们的相关的孔512后面的LED形成螺旋形。中心LED 519现在落入漫射体511的孔201的中心，因此沿着成像轴线在透镜106的前面，并且该定向LED 519还将阻隔照相机系统105、106的视野。

将会理解，尽管存在这种问题，但可以多种方式实施其中成像轴线107和旋转轴线117重合的系统。例如，可以简单地省略两个中心LED 519、520，虽然这将留下风险，即在可以以普通的吸引方式观看钻石时，如果钻石切平面刻面法线太接近平行于成像轴线117，则将不能看到刻入的标记。这种配置简单，但带来的风险是，操作人员将必须重新定位宝石，以允许观看标记，损害了展示的整体质量。

可替换地，任何损失的定向LED可以被投射到光学系统中，在图6中图示了实施这种情况的合适配置。虽然在图6中未示出基座、支撑件、线性滑动装置和旋转工作台，但图6的配置类似于图1的配置。照明结构也是定向LED 609和位于具有孔612的漫射体611的后面的背景LED 610的组合，虽然现在成像轴线607和旋转轴线617重合。

设置了附加定向LED 630、中继镜631和分束器632。中继镜631优选以单位放大倍率形成附加定向LED 630的投射图像633。分束器632允许沿着成像轴线607投射该图像的一部分，使得图像633占据将由实际源LED630占据的空间的位置，否则它实际位于漫射体611的中心。

入射光瞳匹配

返回参照图1，通常，由成像装置105和透镜106形成的光学系统具有沿着成像轴线设置的入射光瞳。这是透镜106的孔径光阑的图像。入射光瞳的位置和尺寸对由设备形成的图像的特征具有重要的影响。有帮助的是，将入射光瞳在宝石113的切平面刻面中的反射设置为基本与定向LED109的视位置基本重合。

如果透镜106为变焦透镜，则可能的是，入射光瞳将在调节变焦设置时移动。在实际中，当观看刻入的标记时，光瞳匹配是最重要的，并且这通常以最大放大倍率执行。因此，在一种实施方式中，入射光瞳与向着变焦范围的高放大端的照明匹配，并且以较低的放大倍率放宽条件。这种方法的优点在于，可以获得比透镜106直径宽的视场。

由于可以在一个角度范围内呈现宝石113的切平面刻面，则定向照明的精确匹配将要求定向LED 109或它们的视位置位于在宝石113上对中的球面上，而不是在如图1所示的平面上。这是在设计中引入的折中，容易制造，认识到，在实际中，宝石113将放置在旋转工作台104上，使得其切平面刻面相当地水平，以便通常将发现，较靠近光轴的定向LED 109将用来展现标记。对于这些LED的光瞳匹配误差是可忽略的。

实施例

组装了大致根据图1的实验性设备。基座101由铝合金板制成，支撑构件102和其它部件由铝合金挤出件、支架和类似物制成。支撑构件102以5°的角度相对于垂直方向倾斜。

线性滑动装置103由Aerotech有限公司供给具有50mm行程的Reading Uk-型ATS 302MM。这由Surrey UK的McLennan伺服供电有限公司供给的尺寸23步进电机和SimStep单轴步进电动机系统供电。SimStep单轴经由来自IBM个人计算机(PC)的RS232接口控制。

旋转工作台104通过下述方式组装，即将高密度聚氨酯泡沫体的刚性盘安装在装配有减速比为400∶1的减速箱的Maxon 2325.915-11.111直流电机的输出轴上。电机转速和方向采用由英国Huntingdon的Thurlby Thandar Instruments供给的型号为Ex357tv的直流电源上的电压控制旋钮和极性换向开关手动控制。

漫射体111由光亮的3mm厚Macrolon聚碳酸酯板制成，且为约150mm的正方形。通过采用3M喷嘴粘合剂(spraymount adhesive)将两块拉延润滑膜连接至所述板的下侧而获得漫射效果。该复合板上钻有直径约5mm的多个孔，每个孔倾斜使得其轴向引向旋转工作台104的中心，旋转工作台104在漫射体下方65mm。设置了16个具有20度观测角、直径为5mm的定向白光LED 109(Marl型110147-01BC)，它们根据图4中图示的倾斜螺旋模式配置，并直接安装到漫射体板中的孔中。在可替换实施方式中，LED都垂直安装，单个塑料菲涅耳(Frensel)透镜直接安装在它们的下面，以向珍品钻石偏转光。

另外12个背景LED 110(Luxeon lumiled型LXHL-MWEC)以具有110mm直径的圆形图案安装在位于漫射体上方约40mm的铝合金板上。

定向LED 109经由美国Colorado州Lakeview市的Labjack公司的USB接口插件型号U3-LV和允许每个独立的定向LED由0和20mA之间的电流驱动的专有接口由PC控制。以类似的方式控制背景LED，并使背景LED串联连线，以便可以由0和350mA之间的受控电流驱动它们。

照相机105为索尼FCB-EX11 DP彩色照相机模块并结合10∶1变焦透镜。当将该照相机设置到其最长焦距时，该照相机的入射光瞳(其不是圆形的，但，根据孔设置，其为近似梯形(trapedoidal))位于照相机正面之后约110mm处。

附加的双合透镜(63DQ16，由英国剑桥的Comar Instruments供给)在漫射体板的正下方安装到Comar型10 XE 16透镜元件中，该透镜元件装配在漫射体板中钻出的直径为18mm的孔中，以形成一个组件。该透镜离珍品钻石113约60.5mm，照相机模块在双合透镜上方约15mm。双合透镜的较弯曲侧面向照相机模块。

该设备以最高的放大倍率提供了约3mm×4mm的视场，并且以提供具有最小渐晕的9mm×12mm的视场。可以获得较大的视场，但具有一定的渐晕。

双合透镜起双重作用，即在无穷远形成珍品钻石的图像，使得照相机模块可以形成它的图像，以及对照相机模块的入射光瞳重新成像，以便它在双合透镜前面约120mm，使得当从珍品钻石113的切平面反射时，对于小的倾角，入射光瞳在漫射体板中，因此与照明相匹配。

在实践中，这种匹配根据经验而不是通过计算执行，调节照相机模块和漫射体/透镜组单元的相对位置，当转盘(turntable)旋转时，来自珍品钻石的切平面刻面的镜面反射看起来被均匀地照亮，而在切平面上没有任何明显的运动。

照相机图像以PAL格式输出并在由Lilliput制造的8″LCD监视器上显示。采用连接至PC的Pinnacle 510 USB视频捕获单元也可以将视频捕获为数字视频系列。

该设备用来采用下述方法展示刻有Forevermark(永恒标记)标识和序列号的0.67克拉圆形璀璨钻石的魅力。

照相机设为f/5.6的光圈，具有1/30秒的曝光时间和0db的增益。所有的定向LED 109和漫射LED 110分别以10mA和250mA的电流被驱动。

支撑在指环中并安装在指环支架114中的钻石113放置在旋转工作台104上。设置放大倍率，以便钻石几乎填满垂直视场。由操作人员执行手动对中，并调节焦距。随后减小放大倍率，以便更多的珠宝指环是可见的。

将旋转工作台104设置为旋转，并且首先从设备前面直接观看钻石。可以看到这以吸引人的方式被呈现，以被认为是自然且有效、且不是认为或人造的方式展示光彩或闪光。对于2-3转每分钟的旋转速度获得了最吸引人的展示，但可以采用其它旋转速度。

接下来，将注意力放在LCD屏上，其中显示钻石和支撑珠宝的类似的但放大的视图。随后增加放大倍率，以便钻石几乎填满视场，将注意力放在钻石本身上。发现通过调节背景和定向照明之间的平衡可以获得外观范围。可以观察到闪光或光彩以吸引人的但不是明显对称的图案分布在整个钻石上。一些闪光本质上是从黑暗到光(即，白光)再到黑暗的变换，而其它的闪光可以表征为从蓝至红(或反之亦然)在可见光谱范围内的转换，色彩在光谱的蓝和黄-红端处是最明显的。这是钻石贸易中熟知为火彩的现象。

在旋转期间，操作人员能够确定从切平面刻面看到镜面反射的时间。通过顺序关闭定向LED 109，能够确定哪个LED正在引起所述反射。使该LED关闭，以便在后续的旋转中看不到任何其它镜面反射。

最后，将钻石搁置在已经观察到镜面反射的位置上。将光学放大倍率增加至其最大值。随后在1-2秒的过程中缓慢打开照明，使得仅之前已经关闭的单个定向LED现在打开，展示钻石的切平面上的Forevermark铭文。任选地，可以采用某种数字变焦，以允许更容易阅读标记。

发现可以产生多种其它吸引效果，这些效果包括但不限于：

允许故意模糊观看钻石，以引入混淆，随后缓慢移动它对焦。降低透镜光圈(例如降低至f/8或f/11)以降低光的整体强度并增加在每次闪光中可以观察到的″火彩″的量。

允许转盘缓慢旋转或在展示铭文时开始静止，以在透镜的入射光瞳范围扫描光源时产生对比效果范围。

有意操作该单元以在照明和入射光瞳之间存在失配的情况下展示标记产生了在表面上传播上暗到亮的转换效果。

还可行的是，通过以合适的速率接通和关闭LED，或采用可以显示不同颜色的LED而在闪光效果中引入额外的动态效果。然而，这些效果会被认为是人为的或不自然的，最好少采用或根本不采用。

还发现，可以有效地使用少于16个LED，例如10个。还发现，更靠近中心的LED趋向于将显示标记，表明操作人员将倾向于以切平面适度水平的方式将珠宝放在设备中。

在下述进一步的试验中，即在旋转工作台104水平的情况下垂直放置支撑构件102，使得成像轴线107和旋转轴线117重合(如图5中一样)，省略中心LED，则发现在很大程度上通常是看不到来自切平面的镜面反射，使该设备不可靠。

将会理解，根据上述实施方式的多种变形也会落入本发明的范围内。例如，已经参照其上可以放置钻石的旋转工作台描述了该系统。将会理解，照明结构和/或照相机可以相对于钻石旋转，而不是钻石被物理旋转，虽然如果钻石本身旋转，结果倾向于在美学上更加令人满意。作为另一种替换，定向LED可以被顺序激活，以提供旋转照明结构的效果。

此外，将会理解，采用代替背景LED和漫射体的附加定向LED是可行的，虽然这会影响闪光和背景照明之间的平衡，这在美学上可能令人不满意。

定向光源已经被描述为位于漫射体111中的孔或通光孔112后面的定向LED 109。将会理解，可以使用任何适合的用于提供定向光的配置。在一种配置中，定向光可以由位于准直透镜后面的LED(或任何适合的光源)提供。这些透镜优选结合或模制到漫射体的上表面上。优选地，这些透镜应当设置为使得照亮钻石中心的光束应当以垂直入射与透镜的曲面交会。

而且，该设备已经被描述为具有基座和大致垂直的支撑构件。将会理解，在实践中其它配置将是可利用的，只要可以显示钻石、照明结构和照相机之间的必要旋转，并且只要照相机可以聚焦在钻石上。在实践中，所述元件(包括观看屏)可以结合成单个、独立仪器。这种仪器仍可以具有大的开口，可以通过该开口直接观看钻石，以便同时在荧光屏上和″亲身″观看钻石。

Claims (35)

1.一种用于观看宝石的图像的设备，包括：

支撑结构，用于将宝石支撑在观察位置；

照明结构，配置为照亮宝石，该照明结构包括引向观察位置的多个定向光源，支撑结构和照明结构能够围绕旋转轴线彼此相对旋转；和

成像装置，用于在照明结构和支撑结构之间的多个相对旋转位置处获得处于观察位置的宝石的图像，该成像装置具有穿过观察位置的成像轴线；

其中，支撑结构被配置为使得能够以宝石的选定刻面的法线在从旋转轴线倾斜的倾角范围内的方式将宝石放置在观察位置处；并且

定向光源配置为使得对于所述范围内的任何倾角，所述定向光源中的至少一个将从选定刻面被镜面反射到用于支撑结构的至少一个旋转位置的成像装置中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中定向光源被配置成不具有4倍或8倍旋转对称的模式。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中在照明结构范围内大致均匀地配置定向光源。

4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其中在所述刻面处于任何给定倾角的情况下，对于支撑结构的360°旋转，能够从成像装置看到位于照明结构上的反射到选定刻面中的反向束的轨迹，并且其中定向光源被配置为使得对于位于所述倾角范围内的每个倾角，所述定向光源中的至少一个位于该轨迹上。

5.根据权利要求4所述的设备，其中定向光源被配置为使得连续轨迹上的光源被以如90°或137.5°的角度同相推进，以产生螺旋模式。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中照明结构大体设置在成像装置和观察位置之间，照明结构中的孔使得光能够从观察位置通向成像装置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中虚设定向光源被配置为沿着成像轴线提供光，该虚设定向光源包括分束器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中成像轴线和旋转轴线重合。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的设备，其中成像轴线和旋转轴线例如以0°和45°之间或0°和5°之间的角度彼此倾斜。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中照明结构还包括用于照亮宝石的漫射光源。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中观察位置由使用者直接可观察的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括用于显示由成像装置获得的图像的显示屏。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所有的元件集成为独立仪器。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，设置为使得，当来自一个所述定向光源中的光从选定刻面镜面反射到成像装置中时，能够由成像装置获得刻在宝石的选定刻面上的标记的图像。

15.根据权利要求14所述的设备，设置为使得，照亮宝石中的光的运用的图像和标记的图像在宝石处于观察位置的情况下都能够显示给使用者。

16.根据权利要求15所述的设备，还包括处理器，该处理器用于分析由成像装置获得的图像，并识别一个所述定向光源从选定刻面镜面反射到成像装置中所处的旋转位置，以便能够获得标记的图像。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理器可操作地连接至用于控制支撑结构和照明结构之间的相对旋转的控制系统，并且该控制系统构造为确保在照亮宝石中的光的运用的图像已经显示给使用者之后，支撑结构移动至合适的用于将标记的图像显示给使用者的旋转位置。

18.根据权利要求17所述的设备，其中控制系统适于控制定向光源的操作，并且处理器适于确定在支撑结构处于合适的旋转位置时哪个定向光源被镜面反射到选定刻面中。

19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中倾角范围在0°和10°之间或0°和5°之间。

20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中成像装置包括诸如CCD照相机或CMOS照相机之类的具有透镜的照相机。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述透镜提供放大倍率范围，和/或照相机设有足够的像素，以能够采用数字变焦。

22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中支撑结构能够朝向和远离成像装置移动。

23.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中支撑结构包括旋转工作台。

24.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中宝石能够放置在由宝石支撑件支撑的支撑结构上，宝石支撑件例如为珠宝底座、位于盒子中的珠宝底座、或用于松开宝石的支架。

25.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中定向光源包括白光LED。

26.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中漫射光源包括位于漫射体后面的背景LED。

27.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括用于记录宝石中的光的运用和/或刻在宝石上的标记的图像或图像系列的记录系统。

28.一种设备，用于在单个集成单元中产生和观看松开或安装的宝石中的光的运用和宝石上的刻入标记的图像，该设备包括：

支撑装置，用于将宝石支撑在观察位置；

照明装置，用于照亮处于观察位置的宝石，该照明装置包括多个定向光源和漫射光源；

旋转装置，用于相对于照明装置旋转支撑装置；

成像装置，用于获得处于观察位置的宝石的图像；和

显示装置，用于在支撑装置的多个旋转位置处将宝石的图像显示给使用者。

29.根据权利要求28的设备，其中支撑装置被设置为能够以宝石的选定刻面的法线在从旋转装置的旋转轴线倾斜的倾角的范围内的方式将宝石放置在观察位置处，并且其中定向光源配置为使得，对于该范围内的任何倾角，所述定向光源中的至少一个将从选定刻面被镜面反射到用于支撑结构的至少一个旋转位置的成像装置中。

30.一种方法，用于便于松开的或安装的宝石的光的运用和刻入标记的视觉欣赏，该方法包括采用前述权利要求中任一项所述的设备观看宝石。

31.一种方法，用于便于松开的或安装的宝石的光的运用和刻在宝石的选定刻面上的标记的视觉欣赏，该方法包括下述步骤：

用多个定向光源照亮宝石；

使宝石相对于所述多个定向光源围绕旋转轴线旋转，宝石的选定刻面的法线位于从旋转轴线倾斜的倾角范围内；

当宝石旋转时获得宝石的图像；以及

将图像显示给观察者；

其中定向光源配置为使得，对于该范围内的任何倾角，所述定向光源中的至少一个将从选定刻面被镜面反射到用于支撑结构的至少一个旋转位置的成像装置中。

32.根据权利要求31所述的方法，该方法还包括下述步骤：通过将宝石旋转至所述定向光源被从选定刻面镜面反射到成像装置中所处的旋转位置，将刻入的标记的图像显示给使用者。

33.根据权利要求31或32所述的方法，其中所述宝石为钻石。

34.根据权利要求31、32或33所述的方法，其中选定刻面为切平面刻面。

35.根据权利要求31-34中任一项所述的方法，还包括当宝石被照亮并旋转时由眼睛观看宝石。

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