CN102893142A - 用于测量散射特性的装置、用于宝石的散射光的色彩测量装置、用于测量宝石的亮度的装置以及用于测量宝石的发光分布的装置 - Google Patents

用于测量散射特性的装置、用于宝石的散射光的色彩测量装置、用于测量宝石的亮度的装置以及用于测量宝石的发光分布的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102893142A
CN102893142A CN2011800047869A CN201180004786A CN102893142A CN 102893142 A CN102893142 A CN 102893142A CN 2011800047869 A CN2011800047869 A CN 2011800047869A CN 201180004786 A CN201180004786 A CN 201180004786A CN 102893142 A CN102893142 A CN 102893142A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parabolical
scatterer
light
jewel
screen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011800047869A
Other languages
English (en)
Inventor
二宫洋文
川口昭夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ninomiya Jewelry Co Ltd
Original Assignee
Ninomiya Jewelry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2010119349A external-priority patent/JP4719815B1/ja
Application filed by Ninomiya Jewelry Co Ltd filed Critical Ninomiya Jewelry Co Ltd
Publication of CN102893142A publication Critical patent/CN102893142A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/87—Investigating jewels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/251—Colorimeters; Construction thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4785—Standardising light scatter apparatus; Standards therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于测量散射体的性质的装置，自该散射体在当收到具有某一波长分布的电磁波时所产生的立体散射分布来测量该散射体的性质。在该装置里，待予测量的散射体是经放置在一样本平台上；该电磁波是自一以前述焦点作为其中心的假设性球形表面的至少任何一或更多方向上，或是一或更多连续方向上，照射至该散射体上；由该散射体所散射且反射离于该抛物形映镜或是投射到该抛物形屏幕上的散射波是由该成像装置成像如平面成像数据；并且由按此所获得的成像数据得到该散射体所产生的散射波的立体分布，借以从该分布结果测量出该散射体的性质。

Description

用于测量散射特性的装置、用于宝石的散射光的色彩测量装置、用于测量宝石的亮度的装置以及用于测量宝石的发光分布的装置
技术领域
本发明是关于一种经提供以，当多个散射体受曝于拥有某一波长分布的电磁波时，从所述散射体的立体镜散射分布来测量所述散射体的性质的装置。本发明也有关一种用于宝石的散射光线的色彩测量装置，并且有关一种用于测量宝石的亮度的装置，其中该用以测量散射体的性质的装置是经应用于宝石的散射光线色彩的测量作业以及宝石的亮度的测量作业。此外，本发明是关于测量一自发光性发光体的发光分布的装置。
本发明在巴黎协议下的优先权主张依据于2010年5月25日所申审的日本专利申请案第2010-119349号(“A Device for Measuring Brightnessof Gemstones”)，以及于2010年11月15日所申审的日本专利申请案第2010-254869号(“A Device for Measuring Properties of Scatterers andA Measuring Device for Scattered Light of Gemstones”)。
在本专利案文里，在原始案文中所见的许多特殊字母及符号是由图14中表格列述者所取代。
背景技术
本发明的申请人既已提议一种用于测量宝石的亮度的装置，该装置可按照在2010年5月25日申审的日本专利申请案第2010-119349号内的客观方式，对宝石当在收受到自然光线时所闪烁的烁光进行测量。后文中将首先是引述该项经并入于本发明内的申请案的内容来说明该用以测量宝石的亮度的装置的背景技术。
“专利文件1”揭示该用以测量宝石亮度的装置的其一范例，即如本发明的图14中所绘示者。图14为该“专利文件1”里所揭示的用以测量宝石亮度的装置的外表的外观视图，此为本发明用以测量宝石亮度的装置的背景技术。
该用以测量宝石亮度的装置60具备作为测量目标的用的钻石。在一透明玻璃圆形盘片51b的中央处将一钻石放置在该桌台上，而其冠部接触于该透明玻璃表面，然后覆盖以一具有白色内部表面的半圆形顶盖51a。借由在该玻璃圆形盘片51b的正下方处上下地移动一环状光源52，自该冠部侧边的入射光线角度即出现变化。借由在该环状光源52的下方处排置一侦测器55，可为CCD相机，只有与该冠部桌台大致相垂直的散射光线方才会按如该视野内的亮点所测量到。
以此装置60，该冠部是经设置在底部处，而亭部则是设置在顶上处。自该冠部侧边的入射光线角度会随着该环状光源52的上下移动而改变。可对光线强度进行测量，使得能够借由在该垂直轴上经紧随设置于该桌台表面下方处的侦测器55来侦测出各个入射角度的入射光线(亦即根据该环状光源的高度的变化而定)，然后予以累积。自该亭部侧边以分散方式射出的散射光线会由白色半圆形顶盖51a所弹射并且再度进入。在这些光线之中，自该桌台侧边的法线方向上进入到该侦测器内的光线也按如“烁光”而累积至该光线强度数值内。
因此，该装置60并无法对这些亮点的大小(散射光线的立体角度)进行评估，而仅能计算进入到视野内的强烈散射光线的数量。所以，微小亮点(具有微小立体角度的散射光线)会由于大量的计数值的故过度高估，然来自于较大的小面部而具有较大立体角度的散射光线则为过度低估。
由于人眼敏感的亮度是依据亮点大小(亦即反射表面、小面部的尺寸)而定，因此即使整体的散射光线强度量值为相同，“拥有藉散射光线而各者具备较大反射立体角度并且数量为少的亮点”的钻石能够提供较高的审美印象。相反地，“拥有藉散射光线而各者具备微小反射立体角度并且数量众多的亮点”的钻石就比较不具吸引力，因为人眼敏感然经评估为“释出高度烁光的样本”的烁光实仅因大量的计数值和散射光线的总体光线强度。
此外，在该装置60里，该玻璃圆形盘片51b的中央轴线以及该侦测器55，亦即CCD相机，的轴线为彼此重合，同时该光源52是在一对称位置处按环形方式排置。这种排置方式是经假想性地选定，借以避免强烈光线，亦即离于该桌台表面的最强烈反射光线，进入到该侦测器55内。不过，这种排置方式在实际运用上并不必然能够重制出光线入射与散射。
换言之，应将该装置60的测量方法(亦即借由“自除该桌台表面的法线以外的方向上入射的光线”以对“自大致法向于该桌台表面的方向上离出的散射光线”进行计数的测量方法)视为一种是在与实际使用情况有所差异的条件下的测量作业，按光线入射和散射条件的观点亦然。
由于入射光线及散射光线(亦即人眼感知为“烁光”的光线)两者并非总是来自于“法向于桌台表面的方向”，因此例如在实际运用上，该所揭装置模型是无法仿真出真实的使用情况。从而确有必要对来自于任何角度方向的光线入射以及前往任何角度方向的光线散射进行测量，借以模拟并且量化实际的使用情况。
前述问题可借由“专利文件2”中所揭示的装置获得部分地解决，其中是在一抛物形映镜的顶部处提供一孔洞，然后将测量目标放置在该抛物形映镜的焦点上，是假想性地位于靠近该顶部处。然后自该抛物形映镜侧边照射出至少两个与该抛物形映镜的中央轴线相平行的准直光线。这些光线会被该抛物形映镜反射并且照射到位于该焦点处的测量目标上。因此，即可借由离出该物体的反射光线以对双向反射分布函数(BRDF)和双向透射分布函数(BTDF)进行测量。
“专利文件2”明确揭示穿过该焦点的光线是与该抛物形映镜的抛物形表面的中央轴线相平行，同时也会穿过反射与该抛物形表面的中央轴线相平行的光线的焦点。然该文件并未提及该光线的立体角度大小、数量等等，这对于宝石亮度评估而言为必要项目。
此外，当周遭局部的中央轴线的位置与反射角度间的关系过度紧密时，测量精准度在一些抛物形表面中就可能会取决于所述形状而受到影响。这种可能性在“专利文件2”中并未加以说明。
在前述的日本专利申请案第2010-119349号案文里既已提议一种用于测量宝石的亮度以解决上述目标的装置。稍后既已发现在该装置里这种利用抛物形表面的组态实不应有限地运用于宝石，而是能够应用在一种用以测量散射体的性质的装置，其中当散射体受曝于具有某一波长分布的电磁波时可自立体镜散射分布以测量散射体的性质，同时适用于一种用于宝石的散射光线的色彩测量装置，其中可利用该用以测量散射体的性质的装置来测量宝石的散射光线的色彩，并且进一步适用于一种用于测量自发光性发光体的发光分布的装置。
专利文献引用列表
PTL 1：“专利文件1”：国际专利第96/23207号手册(图4)
PTL 2：“专利文件2”：PCT国际公告第2007-508532号的日本国内再公告(图1)
发明内容
技术问题
本发明是经创作如实作前文所述的发现结果。本发明的一目的为提供一种在日本专利申请案第2010-119349号案文中用于测量宝石的亮度的装置。本发明的另一目的为提供一种用于测量散射体的性质的装置，其中，利用该用于测量宝石亮度的装置的原理和组态，当散射体受曝于具有某一波长分布的电磁波时，可自立体镜散射分布来测量散射体的性质，而且其中照射光线并不局限于可见光线，测量目标并不局限于宝石，同时测量目标并不局限于亮度。本发明的又另一目的为提供一种用于宝石的散射光线的色彩测量装置，其中可利用该用以测量散射体的性质的装置来测量宝石的散射光线的色彩，并且进一步用于测量一自发光性发光体的发光分布。
问题解决方案
本发明用于测量散射体的性质的装置是运用日本专利申请案第2010-119349号案文中所提议用于测量宝石亮度的装置的运用原理和组态，同时是经制作故而测量目标为散射体的性质并且所发射的光线类型可予改变。该用于测量散射体的性质的装置可自该散射体在当收到具有某一波长分布的电磁波时的立体镜散射分布测量出散射体的性质，其中包含一抛物形映镜或一抛物形屏幕；一样本平台，用于将该散射体放置在该抛物形映镜或抛物形屏幕的焦点上；一产生器，用于产生该电磁波；以及一成像装置，用于将散射波成像如平面影像，这些散射波是由该散射体在当收到来自该产生器的电磁波时所散射，并且接着所述电磁波反射离于该抛物形映镜或投射于该抛物形屏幕上，其中该待予测量的散射体是经放置在该样本平台上；其中该电磁波是自一以前述焦点作为其中心的假设性球形表面的至少任何一或更多方向上，或是一或更多连续方向上，照射于该散射体上；其中由该散射体所散射且反射离于该抛物形映镜或是投射到该抛物形屏幕上的散射波是由该成像装置成像如平面成像数据，并且其中由按此所获得的成像数据可得到该散射体所产生的散射波的立体镜分布，借以从该分布结果测量出该散射体的性质，其中所述散射波是小于该截面上一曲线的3pi/4(弪度量)的范围内所获得，而具有该焦点的假设性球形表面的中央轴线是位在其中央处。因此，可自宽广范围，亦即相比于在平面屏幕上进行光线成像的情况而言为远较宽大的角度范围，测量出从一散射体所散射的散射波，故而能够自一假设性球形表面的3pi/4(弪度量)得到影像。同时，可进行测量作业而不致出现转换精准度劣化，因此能够更加精准地评估该散射体的性质。
该抛物形表面在此是表示借由将抛物线(二维平面上的一条曲线)并包含其焦点在内环绕着其中央轴线旋转所作出的三维曲型表面。
本发明一种用于宝石的散射光线的色彩测量装置是利用前述用于测量散射体的性质的装置来测量宝石散射光线的色彩，其中是自该产生器照射出白色平行光线；其中由该散射体所散射且反射离于该抛物形映镜或投射在该抛物形屏幕上的散射波是由该成像装置成像为平面成像数据，并且其中可按量化方式测量出借此所获得的宝石散射光线成像数据、色彩散射或波长分布。
例如，对于钻石而言，白色光线在该钻石的许多烁光色彩中被视为是最佳者。直到目前为止，色彩是通过视觉以人眼评估，或是借由将钻石的色彩比较于色彩表所感测检定，决定是否最接近于白色。然藉助于本装置，即能依照客观方式来决定其白皙程度或是RGB比例。
本发明一种用于测量钻石亮度的装置是利用前述用于测量散射体的性质的装置来作为用于测量宝石亮度的装置，借以测量宝石在当收到自然光线时所闪烁的烁光的立体镜分布，并且包含一光源，而非产生器，以供产生平行光线。
借由这种具备前述组态而用于测量宝石亮度的装置，将一待予测量的宝石放置在样本平台上；借由环绕该中央轴线按至少90度彼此相对地旋转至少该平行光线及该宝石，以将来自该光源的平行光线按至少在该抛物形映镜或抛物形屏幕的中央轴线的方向与法向于该中央轴线的方向间的方向上照射到该宝石上；然后自该宝石所产生的光线反射离于该抛物形映镜或是投射在该抛物形屏幕上，并且借由该成像装置成像为平面成像数据；以及自如此所获的平面成像数据计算出由该宝石所产生的光线的立体发光分布，包含光线的大小和数量在内。
由于前述组态之故，因此本发明用于测量宝石的亮度的装置能够以客观而同时具有稳定精准度的方式测量来自宝石在当收到光线时，即类似于真实情况下，所闪烁的光线的大小和数量。
可在该抛物形映镜或抛物形屏幕处提供一狭缝，或者提供一装置沿该抛物形映镜或抛物形屏幕内的一条弧线移动光源，即足够以自前述方向对一宝石照射平行光线。在平行光线方面，可使用单色雷射光线、白色LED光线。此外，也可利用多个光源来进行观察及测量作业，使得三个雷射光源，亦即红、蓝及绿色雷射光源，能够交替地切换，借以针对各个色彩来测量亮点的大小分布和数量。
一种用于根据本发明用于宝石的散射光线的色彩测量装置，而未含光源，以测量发光分布的装置可测量一自发光性发光体的发光分布并且具有下列特性。运用到一抛物形映镜或抛物形屏幕。当利用抛物形映镜时，可将一发光体放置在该抛物形映镜的焦点上。其次，自位于该抛物形映镜焦点上的发光体所发射的光线被该抛物形映镜反射，然后由成像装置予以成像。或另者，当利用抛物形屏幕时，可将一发光体放置在该抛物形屏幕的焦点上。接着，自位于该抛物形屏幕中央轴在线的发光体所发射的光线被投射到该抛物形屏幕上然后成像。借由分析该成像数据，即可测量出该发光体的立体发光分布。如此，该装置可带来该色彩测量装置的相同有利效果，并因而带来本发明用于测量散射体性质的装置的相同有利效果。
本发明的有利效果
本发明用于测量散射体的性质的装置、用于宝石的散射光线的色彩测量装置、用于测量宝石的亮度的装置以及用于测量发光分布的装置的效果既已如前文说明所叙述。
附图说明
图1(a)为本发明用于测量宝石的亮度的装置的概念组态图；图1(b)为说明抛物形表面与该装置中所使用的假设性球形表面间的关系的概念图。
图2显示用于获得显示自一发光体一光线方向的立体角度与自该中央轴线该所反射光线的距离间的关系的公式(1)到(9)。
图3显示用于针对光线面积SB的转换作业的公式(10)到(20)。
图4显示用于测量宝石的亮度的装置，该装置根据参阅于图(1)、(2)及(3)的原理和计算公式来测量宝石的亮度，其中(a)为整体装置的前视图，(b)为其侧视图，(c)为其上视图，并且(d)为外观视图，其中显示一台执行该装置的影像处理、计算与控制作业的个人计算机。
图5(a)为如图4所示的映镜本体的前视图，图5(b)为其底视图。
图6(a)及(b)显示自该发光体所发射并且由该用于测量宝石亮度的装置所测量的光线。
图7显示，在自图6(b)影像所获的亮点SB被转换为该假设性球形表面LD上的立体角度的分布后，所述亮点SB各者的大小SV的频率分布图形(直方图)。
图8显示一图形，其中显示出该大小的频率分布(直方图)的指数函数。
图9显示说明该抛物形表面与该假设性球形表面间的关系的概念图。
图10显示说明图9中“r」与“theta”间的关系的图形。
图11为显示一代表性钻石车工的图式。
图12显示，针对于x光绕射，本发明用于测量散射体性质的装置的原理特性与背景技术中的测量装置的比较结果，其中(a)是显示本发明用于测量散射体性质的装置的原理特性，而(b)则是显示背景技术中的测量装置。
图13显示由本发明用于宝石散射光线的色彩测量装置所获的测量结果，其中(a)显示整体光线的散射分布；(b)显示仅其红光(R)的散射分布；(c)显示仅其绿光(G)的散射分布；并且(d)显示仅其蓝光(B)的散射分布。
图14为在背景技术中用于测量宝石亮度的装置的外表的外观视图。
图15为在原始专利案文中所查见的多项特殊字母及符号的取代列表。
1：映镜本体
1a：狭缝
2：光源(LF，产生器)
3：弧形轨线
4：样本平台
5：支架本体
6A及6B：平面映镜
7：CCD相机
8：框架本体
20：用于测量宝石的亮度的装置
30：用于测量发光分布的装置
40：用于测量散射体的性质的装置
50：用于宝石的散射光线的色彩测量装置
D：发光体
LL：红色雷射光线
O：焦点
P到P6：抛物形表面上的光点
Q到Q6：假设性球形表面上的光点
y：中央轴线
PM：抛物形映镜(屏幕)
SV：抛物形表面上的光线面积(＝dOmega)
dS：假设性球形表面上的光线面积
r：自一中央轴线的距离
theta：发光(散射体或反射波)方向的立体角度
具体实施方式
后文中将参阅图式借由多项具体实施例以进一步详细说明本发明。
<本发明具体实施例1>
图1(a)为本发明用于测量宝石的亮度的装置的概念组态图；图(b)则是说明抛物形表面与该装置中所使用的假设性球形表面间的关系的概念图。后文中将利用这些图式以描述用于测量宝石亮度的装置的概念组态。
即如图1(a)所示，藉本发明用于测量宝石20的亮度的装置，微小平行光线LL自多个入射方向从雷射光源LF照射到宝石D之内(并非自发光性发光体，尤其是钻石)。按照这种组态，可模拟该宝石的实际使用情况(其中光线是自所有方向入射)，从而能够数字化并且量化在真实的使用条件下“该发光体究为如何闪烁”。
“该发光体D究为如何闪烁”可为依据光线SB的大小及面积(立体角度)SV所量化，这些光线是在当该发光体D被照射以平行光线LL时自该发光体D发出，并且接着会投射至一假设性球形表面VS上(该样本是经放置在该球形表面的中心处)。在该发光体D的实际使用情况下，散射光线是响应于来自所有方向朝向该样本的入射光线所发出。另一方面，本发明的测量装置20仅利用单一入射光源LF来进行数字化及量化作业，并且改变其在一球形表面上的指向(参阅图1(a)，其中极坐标角度alpha和beta会在扫描过程中变动)，故而能够重制出在实际使用情况下“自所有方向入射的光线”。
然后，即如图1(b)所示，利用具有抛物形表面的凹形映镜PM以精准地测量“该假设性球形表面VS上的光线(面积)dOmega”。在此，自该样本(发光体D)发射至该映镜上的亮点S会被转换成“该假设性球形表面VS上的大小dOmega(面积)”，因而能够从他们的统计分布对自该发光体D所发射光线dOmega的原始大小的分布结果进行分析。
<显示自该发光体的光线方向的立体角度与自该中央轴线所反射光线的距离间的关系>
即如图1(b)所示，回应于自该发光体D(此发光体是经排置在该抛物形映镜PM的焦点上)所发出的光线SB而反射离于该抛物形凹形映镜PM的光线是与该抛物形映镜的中央轴线(y轴)相平行。在距该焦点平面的中心的半径距离“r”与相对于光线SB的方位角(立体角度)theta之间存在有某一关系。图2共集地显示多项用于解释该关系的公式，后文中将参阅所述公式对此加以说明。
底下讨论是基于一光线离出而进入至按如三维极坐标的(theta，phi)方向的前提。在此，该“极坐标”是运用与在球体，或是天空球形表面，上之纬度和经度相同的概念，而北极被设定为theta＝0度。然后，“南极”被视为具有theta＝180度(度度量)＝pi(弪度量)，而“赤道”则被视为是theta＝90度(度度量)＝pi/2(弪度量)。“北半球”可视为是涵盖OEL(≤，等于或小于)thetaEL(≤，等于或小于)pi/2(弪度量)。该样本(发光体D)被视为是位于该球体的中心处。
由于含有真实及假设性投射和反射平面的系统为“轴向对称”，因此该系统在phi方向(对应于该球体坐标的经度)上无需进行坐标转换。所以，在后文中仅考虑针对于theta的转换。
当y轴是经设定为对称轴线并且+y轴设定为位在该抛物线的凸面侧边时，其焦点重合于原点O，亦即该球形中心，之抛物线的等式可表示成图2内的二次公式(1)。
一般说来，部分的A(A＞0)在此可为任何正整数。现在，可在具有半径“a”的“假设性球形表面”处收到自该球形中心所投射且散射的光线。为令该“假设性球形表面”在水平线(赤道)，亦即图1(b)的x轴或theta＝90度，上的一位置处与该抛物线相重合，故“A”应选定为1/2a。换言之，图2内的公式(2)可称为“对于涵盖整个具有赤道半径“a”的天空球体并且以原点作为焦点的抛物形表面”的等式(在本具体实施例里，a＝100mm)。
自该原点所发射出的光线可表示为图2的公式(3)，这是一条线性等式(直线)。斜率“m”在此具有角度theta对y轴而如图2公式(4)所表示的关系。若将公式(2)及公式(3)的交点P的坐标设定为(p，mp)，则可自公式(2)得到图2的公式(5)和图2的公式(6)。借由对这些等式求解，可获得图2的公式(7)。公式(4)也可表示成图2的公式(4)’，因此可导出图2的公式(8)。
图式中虽非可见，然自数学表示式的特点而言，连接O及P而表示自该原点所发射光线的直线的线性等式(公式(3))会与二次曲线(抛物线)交会于两点处。然考虑到该相交点P的x坐标在0＜theta＜pi/2范围内为0＜p＜a的事实，故应仅考虑具有正号(+)的数值以作为公式(8)的解。
实际上，若是纳入带有负号(-)的数值，则借由本机制的原理，单一抛物形表面即可涵盖整个天空，包含南半球(pi/2＜theta＜pi)在内(除南极以外)。如此将会非常有利，然这仅在“可令该抛物形表面为无限深远”的条件下方才适用，而就该机制的组态的观点来说这是不切实际。就实际层面而言，考虑到真实的测量作业，对南半球提供另一个“抛物形表面”会较为有效。
借由前述原理，“按相对北极轴线为角度theta而离开的光线会在x坐标＝a((1-costheta)/sintheta的点处投射至该抛物形表面上”。若该抛物形表面为“映镜”，则来自该样本的光线会被反射，故而所有拥有角度theta的光线皆在y方向上按如相对于y轴的平行光线行旅。
或另者，若该抛物形表面为“白色屏幕”，则自该中心点处所发射的光线皆停止于此。假使是从足够远的点处(亦即自所有进入到视野内的影像皆可观察如近似平行光线的位置处)观察这些投射影像，则可在与经由“映镜”反射所获得者相同的位置处看到该光线。
这意味着只要该抛物形表面是借由实作依等式(2)表示的形状所理想地制作，则可借由利用下列光学系统的其中一者来观察所述影像(其中一项将稍后参阅图9再度说明)：
(1)用以在无限远处(足够远的位置处)观察反射离于具有抛物形表面形状的映镜的光线的光学系统；
(2)用以将反射离于具有抛物形表面形状的映镜的光线投射至与y轴相正交的平面屏幕上的光学系统；
(3)用以在y方向上的无限远处观察投射至具有抛物形表面形状的屏幕上的光线的光学系统；以及
(4)用以自+y方向(从背侧)观察投射至具有抛物形表面形状的半透明屏幕上的光线的光学系统。
在此，可借由互换图2的公式(8)’或图2的公式(9)以自该球形表面上的原始极坐标(theta，phi)唯一地导算出一平面上的极坐标(r，phi)。(phi并不受转换的影响)。
<光线SB面积的转换>
后文中将参阅图3公式(10)到公式(20)来说明光线SB的面积的转换。
假使自一样本(是经设置在该球体中与该抛物形表面的焦点相重合的中心处)所散射、反射或发射的光线具有立体角度dOmega，则可利用该球体表面上的极坐标(theta，phi)按图3的公式(10)来表示该立体角度。在此情况下，dOmega为一“长方形”面积，长为对于theta的dtheta且宽为对于phi的dphi。各个亮点，即使是最大的尺寸，也可视为在整个球体表面或半球表面的空间里具有相当“微小”面积。
现将考虑下列近似作业。为便于讨论，在此为“利用具有抛物形表面的凹形映镜，发射自该球形中心的光线被转换成与该轴线相平行的光线，然后投射至对应于该赤道平面的平面屏幕SC上”的情况(参阅图1(b))。在此可将各个亮点视为具有自(theta，phi)至(theta+dtheta，phi+dphi)的长方形形状。
接着，在所反射或所投射的位置处(亦即在其法线指向于该中心点处的表面处，或是在收到来自该中心而法向于该表面的光线的表面处)，该球形表面上的各个长方形形状的面积dS可按如图3的公式(11)所表示。由于R为该球形中心与该抛物形表面(映镜或屏幕)之间的距离，即如图1(b)所示者，所以此值会根据theta(OEL(≤，等于或小于)thetaEL(≤，等于或小于)pi/2(弪度量))而在(a/2)EL(≤，等于或小于)REL(≤，等于或小于)a的范围之间改变。
假使各个亮点的尺寸足够微小，则“各个具有长方形形状且自该球形中心所投射的亮点在当光线由该抛物形映镜反射后按如平面光线投射至一平面屏幕上时会再度地具有长方形形状”。然后考虑到经投射至一平面圆形屏幕上的亮点“是在半径方向上(即图1(b)中的“r”方向)承受于转换，而同时在角度方向上则并未受到转换(即重合于该球形表面的极坐标phi)”。
此外，即使是原始的散射光线并不具有长方形形状，然由于状况相同，亦即“是在长度theta方向上，而非在phi方向上，承受于转换”，所以对于“按如自该样本所投射的原始光线的立体角度的亮点大小”以及“自该抛物形映镜所反射且按平行光线所投射的亮点大小”两者相同论点仍可适用。
由于在平面屏幕上的半径位置“r”与原始光线SB的角度theta间存在有如图2公式(8)’及公式(9)中所表示的关系，所以能够导算出图(3)的公式(12)及公式(13)(因公式(8)’之故)。
假设一亮点在被投射之后(扇形亮点在光线既经凹形映镜反射而转换成平行光线之后被投射至该平面屏幕上)的面积为dS’，则可获得图3的公式(14)及公式(15)。
由于R是自该球形中心(该抛物形表面的焦点)至其上出现实际反射及投射的“抛物形表面”的距离，因此可得到R2＝(1+m2)p2，其中(p，mp)表示该抛物形表面与一具有斜率“m”且通过该中心点处的直线的交点P的坐标。而该交点P的x坐标则表示自该中心到该亮点所投射至的平面屏幕上的投射亮点的距离(等于半径“r”)。因此可得到图3的公式(16)。
从图3的这些公式(15)及(16)，可导得图3的公式(17)。这意味着“若利用抛物形映镜以将自排置在该抛物形映镜的焦点处的样本抵达的散射光线转换成平行光线，则在投射之后所述亮点各者的面积等于散射光线在一反射位置处所预期的面积。(由于是反射位置，因此考虑一假设性球形表面，并且在此是指经投射在该假设性球形表面上的光线的面积)”。
除面积外(在投射之前及之后的影像)，在样本评估上也可讨论并比较亮点的立体角度dOmega。可导算出图3的公式(18)、(19)及(20)中所表示的关系。
在一具体实施例里，可对自具有半径a＝100mm(与该轴线相正交并且通过该焦点的平面的圆形半径)的抛物形表面的凹形映镜获得亮点的反射影像面积dS及立体角度dOmega进行比较和评估。
图4显示用于测量宝石的亮度的装置，该装置是基于参阅前述图1至3所述的原理和计算公式来测量宝石的亮度；(a)为整体装置的前视图；(b)为其侧视图；(c)为其上视图；并且(d)为其外观视图，其中显示一台执行该装置的影像处理、计算与控制作业的个人计算机；图5(a)为如图4所示的映镜本体的前视图，并且图5(b)为其底视图。前文既已说明的部分标注以相同参考编号，且后文不予赘述。
该用于测量宝石的亮度的装置20含有一成像本体1，在其内部于一抛物形表面上含有白色镀置的抛物形屏幕PM。该抛物形表面具有借由令具有给定公式的抛物线环绕于其含有其焦点的中央轴线旋转所产生的形状。该装置也经设置以一光源2(LF)，发出红色雷射光线LL；一弧形轨线3，该光源可在其上循行弧形轨道移动；一透明样本平台4，以供载荷一发光体D；以及一支架本体5，可整体地支撑该成像本体1、该光源2和该弧形轨线3，并且令所述相对于该样本平台4旋转。
此外，该用于测量宝石亮度的装置20是经设置以两个平面映镜6A和6B，借以将投射在该屏幕PM上的影像以90度转动两次；一CCD相机7，用以成像来自该平面映镜6B的反射光线；以及一框架本体8支撑这些零件。
此外，该用于测量宝石亮度的装置20也经供置有一个人计算机本体11，以利控制前述局部并处理所获数据；一平面显示器面板12；一键盘13以及一鼠标14，借此控制本发明装置的操作且借由数据处理以获得必要数据。
即如图5所示，该概略具有平坦圆柱形状的成像本体1含有一抛物形屏幕PM，是经排置在其内部的底部表面处。同时，可设有一狭缝1a并且至少自一水平平面延伸至一垂直位置，借以让设置在外部的光源2的红光雷射平行光线LL能够照射到一发光体D，此发光体即为位在该成像本体1内部的样本。并也可提供一用以将该成像本体1架置于该支撑本体5的架置孔洞1b。
由于该狭缝1a并不会反射来自该发光体D的光线(非反射性零件)，因此无法得到来自该发光体D的整个反射光线，从而在此系统中造成数据欠缺情况。借由按照该样本的大小以令入射光线的宽度较窄，观察范围内的数据欠缺情况可获改善。在本范例中，对于半径为100mm的圆形面积，仅10mm(宽度)x 105mm(长度)的面积为此欠缺区域，而这不会显著地影响到整体数据。
该光源2是由具有高可控制度的电性驱动装置，像是伺服马达，所驱动，借以在该弧形轨线3上予以平滑移动并且将其角度保持在任何角度位置处。该弧形轨线3是借由一支撑本体5以固定在该成像本体1的外部。
这种类型的装置20可供排置经固定在该样本平台4上的发光体D，在该弧形轨线3上移动及停止该光源2，借以自0度至90度改变该平行光线LL的斜率。同时也可借由该支撑本体5以，相对于该固定发光体D，在具有包含该抛物线焦点的中央线，即该平面的法线，的平面上旋转该光源2。
不以设置该狭缝，而可在该抛物形屏幕PM或该抛物形映镜的内部提供一发射平行光线并且在弧形轨道上移动的小型光源，借以将平行光线照射至该发光体D上。
图6(a)显示多个亮点(光线)SB，所述是经产生以供利用前述装置将红色平行雷射光线LL能够按一特定角度入射于该发光体D(钻石)上，该光线(散射红色光线)反射离于该抛物形屏幕抛物形映镜，同时所述亮点SB改变成单色且倒反的影像。自无限远处可在该抛物形屏幕PM上观察到所欲影像。由于该抛物形屏幕PM的形状为已知，所以该假设性球形表面LD上的各个所观得亮点SB的位置以及立体角度SV为已知，因为可从距该中心点处的距离和位置转换成该亮点的大小。
图6(b)为图6(a)中所观得影像的“二进制化”影像。换言之，为测量各个亮点SB的大小SV，可借由“二进制化处理”(如此可将黑白影像转换成0或1的形状数据)按照统计方式来决定大小分布。当进行这项“二进制化作业”时，可借由调整门坎数值以对所述亮点的强度和对比度的统计分布进行分析。
图7显示自图5(b)二进制化影像所获得的所述亮点SB大小SV的频率分布(直方图)图形，其中所述亮点SB既经转换如该假设性球形表面LD上的立体角度的分布。在此，由于是改变该假设性球形表面LD上的极坐标(theta，phi)而扫描该光源LF的位置，故该图形是自立体角度SV的总分布(球面度，strad.)所制得。
所以，对于该立体角度dOmega(球面度)，亮点SB的数量N是与一指数函数成正比。换句话说，可获得下列的经验性规则：
N(dOmega)＝N0exp{-lambdadOmega}，其中lambda＞0，并且N0为(？？)(公式(21))。
图7的直方图显示出，当该光源LF的极坐标(theta，phi)位置在十个点处改变时，亦即(0度，0度)、(30度，0度)、(30度，90度)、(60度，0度)、(60度，45度)、(60度，90度)、(90度，0度)、(90度，30度)、(90度，60度)及(90度，90度)，在对于所有观得亮点进行转换之后所算得的dOmega频率分布。
在此直方图中，水平轴是表示立体角度dOmega，而垂直轴为具有对应于各个区间范围的立体角度dOmega的亮点SB的数量N(dOmega)。
这十个点处可视为是入射光线方向，而基本上是自整个球体表面的八分之一所平均选定。作为入射方向的选定点处的数量愈多且愈密集的扫描步骤可获致较高的测量正确度，然同时测量次数较多。也可借由移动该光源LF以在较宽广的角度范围上照射。
自此频率分布数据所获而可作为用以决定“散射体如何地闪烁‘的指标的数值可为如下所考虑：
(1)在其中dOmega频率分布为指数(大约dOmega＝0至1.5x105x10-4球面度)的区间内的衰减速率lambda；以及
(2)拥有大于给定数值(亦即具有较大的立体角度dOmega，这可为例如dOmega＞2x10-4球面度或更大)的大小的亮点的数量。
此外，可借由改变一影像处理程序的“二进制化”的门坎数值来变更衰减速率lambda。因此，借由比较所述亮点的所获立体角度的导出统计平均数值，
(3)当将各个散射体的亮点视如强度时可计算出有关于对比度的指标。换言之，借由分析该频率分布，可将有关于下列项目的指针数字化：
1)所针对样本是否具有许多拥有大dOmega的亮点，或是许多具有微小dOmega者，
2)该样本是否散射许多拥有大dOmega绝对值的亮点，或是
3)该样本是否在亮点中拥有显著的对比度。
<大小的频率分布(直方图)的指数函数>
在这些指标中，后文中将利用前述范例以讨论一项用于判断“一所针对样本是否具有许多拥有大dOmega的亮点，或是许多具有微小dOmega者”的关键标准，是自一“指数范围”所获得的“频率分布的衰减因子lambda”。
若显示立体角度dOmega的亮点的数量N(dOmega)具有分布N(dOmega)＝N0exp{-lambdadOmega}，则取N(dOmega)的对数ln{N(dOmega)}。当相对于dOmega所点绘时，可得到如图8所示的近似线性关系。
由于该直线的斜率值是对应于具有负号的衰减因子(-lambda)，因此该指标意义如下：
-具有大lambda的样本＝数量N(dOmega)的亮点，而立体角度dOmega为快速衰减＝具有相对少数拥有大立体角度dOmega的亮点的样本，以及
-具有小lambda的样本＝数量N(dOmega)的亮点，而立体角度dOmega为缓慢衰减＝具有相对多数拥有小立体角度dOmega的亮点的样本。
因此，借由本发明用于测量宝石亮度的装置20，可利用一抛物形屏幕PM，并将待予测量的宝石D放置在其焦点处。通过经供置于该抛物形映镜P上的狭缝1a，借由按至少90度彼此相对地旋转该狭缝1a和该宝石D，雷射光线LL会至少从在法向于该抛物形屏幕PM的中央轴线y的方向与重合于该中央轴线的方向间的一方向上照射到该宝石D。然后对由该宝石D所产生并且反射离于该抛物形屏幕PM的光线的成像数据进行分析，借以计算出自该宝石D所发射的光线SB的大小和数量。借此，即可依客观方式并具有稳定精准度测量出该闪烁宝石在当受到光照时，即如类似于实际情况般，所产生的光线的大小和数量。
本案发明人深信发射出大量具有大尺寸的光线SB的宝石D为感受性地耀眼的宝石烁度。因此，本案发明人相信这种用于测量宝石亮度的装置20能够依客观方式测量出宝石的烁度，尤其是钻石。本案发明人未来将尽量多次地进行宝石测量，并且厘清人眼所感知的烁度与该装置20的测量值间的关系。
不以反射性的抛物形屏幕PM，即如范例所显示者，抛物形映镜可获致类似效果。为自前述方向对一宝石照射平行光线，可在该抛物形映镜或抛物形屏幕处提供一狭缝，或者提供一装置沿该抛物形映镜或抛物形屏幕内的一条弧线移动光源，即为足够。在平行光线方面，不仅是单色雷射光线，然也可运用白色LED光线。此外，也可利用多个光源来进行观察及测量作业，使得三个雷射光源，亦即红、蓝及绿色雷射光源，能够交替地切换，借以针对各个色彩来测量亮点的大小分布和数量。
<用于测量发光分布的装置，此是本发明的基础>
图9为说明该抛物形表面与该假设性球形表面间的关系的概念图。现参阅图9以说明该用于测量发光分布的装置的概念组态，依照与本发明用于测量宝石亮度的装置相同的原理。
该用于测量发光分布的装置30可测量一自发光性发光体D的发光分布，并且具备下列特性：利用一抛物形映镜PM1或一抛物形屏幕PM1；在利用抛物形映镜PM1的情况下，一发光体D是经放置在该抛物形映镜的焦点O处；在该抛物形映镜PM1的中央轴在线自该发光体D发射的光线会被该抛物形映镜PM1所反射，然后由一CCD相机CA成像；或另者，在利用抛物形屏幕PM1的情况下，一发光体D是经放置在该抛物形屏幕的焦点O处；在该抛物形屏幕PM1的中央轴在线自该发光体D发射的光线会被投射至该抛物形屏幕PM1上，接着予以成像；借由分析任一成像数据，即可测量出该发光体D的立体发光分布。
在该图中，自该发光体D所发射的光线SB1到SB6会被反射离于该抛物形映镜PM1，或是投射到该抛物形屏幕PM1上。各个所反射或所投射光点P1到P6均予成像。各个所投射或所反射光线L1到L6是平行于该中央轴线y。从各个光点r1到r6的位置，以及其大小dS1到dS6，可自前述程序计算出该假设性球形表面VS1上的各个光点Q1到Q6的位置theta1到theta6及大小dOmega1到dOmega6。
即如自图9所显见且既已如前讨论，可简便地算出该假设性球形表面VS1上的各个光点Q1到Q6的位置theta1到theta6及大小dOmega1到dOmega6。同时，由于该抛物形屏幕PM1与该假设性球形表面VS1间的关系之故，即如该图所示者，因此单一成像可供获得该发光体D的影像，此影像涵盖该假设性球形表面VS1的3pi/4(弪度量)的范围，而确已足供实用。此成像范围可为不大于3pi/4(弪度量)或小于3pi/4(弪度量)(这表示-135度＜theta＜+135度)。
此外，即如自该抛物形屏幕上的光点P1到P6与该假设性球形表面上的光点Q1到Q6间的关系所显见，P和Q之间的对应关系为使得能够对于几乎所有方向上就以发光度而言都获得良好的转换精准度，如此确保具有稳定精准度的转换结果。图10显示一说明在图9中“r(距该中央轴线的距离)”与“theta(发光方向的立体角度)”间的关系的图形。图10中的公式：r(theta)＝a(1-cos theta)/sin theta是等于图2中的公式8’。
在使用抛物形映镜的情况下，可或无须使用屏幕SC1以进行成像。该CCD相机CA最好是位在无限远处如一理想位置，然确可位于较近处，因为可毫无困难地进行角度转换。
而另一方面，在使用抛物形屏幕的情况下，可将该CCD相机CA设置在该抛物形屏幕的凸形侧边或凹形侧边。如此可提高在该装置设计上的自由度，并且让该装置能够更为精巧。同时，该抛物形屏幕可由像是合成树脂的透水性材料所制成，借以降低生产成本。相机CA并不限于CCD相机，而是能够运用任何相应于所使用的电磁波的成像装置。
若自样本所发射的光线为像是紫外光或x光的非可见光线，则可运用荧光材料作为用于该抛物形屏幕的材料以供发光测量。
因此，借由在该用于测量发光分布的装置30中运用一抛物形屏幕，即可按简易、客观且精准的方式在宽广的角度范围里测量一自发光性发光体的发光分布。在此，自发光性发光体可包含LED(发光二极管)、光灯、自发光性磷质以及有机电致发光物。
从而，在本发明里，借由利用像是映镜或屏幕的抛物形表面，可将自一发光体(包含非自发光性发光体)所发射的光线转换成与该抛物形表面的中央轴线相平行的光线。从借由以属于一种平面式光线接收零件的CCD相机来成像该平行光线所产生的数据，即可按立体镜的方式对发射自该发光体的光线分布进行测量。
图11显示一种典型的钻石车工。后文中将参阅该图，即一钻石的概视图，以说明其现有的亮度测量状态，以及如何开发出本发明用于测量亮度的装置的情况。本图引用自“Gemological Institute of America(G.I.A.)”在1972年发行的“教科书”中“指定作业”15的图6。
钻石是依照所谓的“4C”进行评鉴，即其价值的评估关键标准。这些包含(1)克拉(重量)，(2)色彩，(3)车工(比例、对称和抛光)，以及(4)净度(内容物的质与量)。
在这些因素中，车工和净度是与钻石的烁度相关联。净度是一项由人工无法涉入其内的本质所给定的因素，然就以车工来说，确可利用钻石颗粒借由磨石以研磨钻石的表面来提高或降低烁度。
在目前，多数的典型钻石车工是采用58小面部车工(包含一个尖底)或者57小面部车工(不包含该尖底)，本专利案的申请人也依循此等方式。图11显示该58小面部车工的各个部分的形状及名称。
具有58小面部车工的钻石的形状概略包含人眼可见的冠部；位于相反侧处的亭部；以及位于其间的腰围，此为外部边缘局部。在本图中增置于所述腰围和尖底局部的注记“(放大)”意思是这些局部是依照放大尺寸的方式所说明。
该冠部是在顶部处由一个八边形台部所组成；八个三角星形小面部自该台部的各侧边向下斜出；八个近似菱形刃角小面部分别地向下斜出至该腰围，并且含有两个邻近星形小面部的邻近侧边；以及十六个上腰围小面部，将两个刃角小面部和一个腰围连接于两个直线侧边和一个弧形侧边。
该亭部含有八个菱形亭部小面部，此等含有一对较短侧边及一对自该腰围行旅至该尖底的较长侧边；十六个下腰围小面部，此等含有两个邻近亭部小面部的较长侧边和一个抵达该腰围的弧形侧边；以及一个建构最下方侧边的八边形尖底。
这种58小面部车工通称为“圆形明亮车工”，即如图11的下方处所示。对于以图4所示测量装置进行的测量作业，可将作为发光体的钻石放置在该样本平台4上而尖底位于底下且台部位于顶上，然确能依照测量目的以不同姿态设置该发光体。
这些小面部基本上为平面，并且在其一小面部与另一者之间具有经精准决定的相对角度。拥有该参考角度及平坦度的钻石车工概略称为最美烁度钻石。
然而，由于钻石具有最高硬度，因此必须使用含有钻石颗粒的磨石以利研磨钻石。若研磨一表面，则当研磨钻石时磨石也会耗损，故而无法以目标角度及平坦度精准地切割钻石。
目前市场上可商购获得的钻石通常在这些小面部之间会具有至少小数点第二位的角度误差。入射至具有此项误差的钻石内的光线并不会产生理想的散射光线(光线在该钻石内以复杂方式重复地反射和折射的后最终会按如散射光线所射出)。
在这些情况下，作为用于按客观方式测量钻石的亮度的装置，在“专利参考1”中揭示其一范例，然该者具有前述问题。在“美国宝石协会”中具备宝石鉴定方面的技术与经验的人士目前是以“研究宝石学家”进行宝石鉴定。然所述的鉴定并无法视为具有客观性，因为无论如何是借由人眼所鉴定。
现已提议增加车工的数量，例如像是66小面部、100小面部、144小面部、194小面部及210小面部，以提高钻石的烁度。如此确实能增加微小烁度的数量，但是不必然地能够获致令观看者惊艳的钻石的高质量烁度。此外，随着小面部数量的增加，可能会升高前述的车工精准度问题。
根据某一专利申请案，车工处理是在一小面部与另一者间的关系所设定的特殊条件下进行，借以增加钻石的烁度，然并无法从该专利申请案预期到烁度增加的效果，理由是，由于前述车工精准度问题之故，无论如何都不可能达成满足该条件的精准车工处理。
基于宝石专家的长期经验，本专利申请人知晓发射许多具有大面积的光线的钻石即为能够吸引观看者注目的高质量烁度的钻石，并且按照该项知识，既已制作一种用于测量宝石亮度而可供按照客观方式测量此烁度值的装置。
本案申请人亦深信此项用于测量宝石亮度的装置的原理亦适用于测量自发光性发光体的发光分布，因此本案申请人亦已提议前述用于测量发光分布的装置。
本发明用于测量发光分布的装置以及用于测量宝石量度的装置并不受限于前述具体实施例，并且可在申请专利范围及所述具体实施例的范畴内进行各种变化和修改。故而这些变化及组合归属于本专利申请案的正确范畴内。
此外，由于本发明用于测量发光分布的装置以及用于测量宝石量度的装置可测量各个亮点具有一大小和一方向的立体角度，因此下列项目亦为可行：
(1)测量亮点的各向异性(“不规则性”)的程度。可按统计方式测量近似圆形的亮点以及附有彗尾而具有彗星外形的亮点，因此可对各个样本的小面部的研磨精准度与平坦度进行评估；
(2)对于来自该光源而在一特定方向(指向角度(alpha，beta))上的入射光线，测量亮点在一假设性球形表面内的位置分布(在(theta，phi)指向上的分布)的程度。例如，可将“倾向于按集中方式在北极邻近处发射亮点的样本”量化地区别于“在北半球内几乎是均匀地发射亮点的样本”。这种数字化可得到例如用于评估“在台部侧边方向上获得强烁度的车工”的指标，以及
(3)寻得当光源为动态移动时在哪个角度范围内能够看到一特定亮点。换言之，各个移动亮点的移动变成具有可追踪性。这可为像是经常在动态条件下戴用的戒指、耳环或项链的饰品物项的评估指标。
在本范例的装置里虽为“样本是经固定排置，光源则按alpha及beta的指向角度移动”，然确能运用其中“利用抛物形凸形映镜或屏幕，光源是经固定于例如北极位置，而样本则按alpha及beta的指向角度轴移”(测角仪)的相对移动方法。或另者，可运用这两种方法在光源及样本的位置和指向方面的妥协结果。
<本发明的具体实施例>
本发明的发明人考虑到前文提议的用以测量宝石亮度的装置可概略运用于散射体，而无须将该测量目标局限于宝石。此外，所予照射的光线并不限于可见光，而是包含拥有某一波长分布的电磁波。假设一散射体的散射分布性质为已知。该散射体是经照射以电磁波，并获得由该散射体自其所产生的散射波的分布情况而如一平面成像数据。借由自该成像数据获得该散射体，亦即样本，的立体镜散射分布，可决定出两者性质是否相同。根据本案发明人在此类用途方面的考虑，即提议一种本发明用于测量散射体的性质的装置。
在此情况下，该入射光线可为电磁波或辐射性射线，包含可见光、红外光、紫外光、x光以及伽玛射线。该电磁波可为像是具有10-12至10-3m的单波长的单色光线，或者具有一波长分布的白光。
该散射波可为具有相同波长范围的电磁波或辐射性射线来作为该入射波。该散射波可根据该入射波长而定拥有不同于该入射波的波长，或者可在最终散射强度分布上造成差异。
观测方法：
利用一抛物形表面，经由映镜反射或是经由屏幕投射，一样本在三维空间中所发射出的散射波的强度和指向是关联于在二维平面中相关的信息，借以转换成位置或强度信息。然后，依照该“抛物形表面”的材料、形状或是反射或投射方法，即可对该位置及强度信息进行校正。此项校正作业是为考虑到对该反射或投射表面条件的效果，以及该所测物体位置的偏差，进行评估而进行。可在该“抛物形表面”上的位置处，或是在反射离于该“抛物形表面”之后，进行可见及非可见光两者的可视化与强度测量。
而在白光入射光线的情况下(包含具有一波长分布的光线集束)，例如散射光线的指向会因折射指数的差异，或因该样本内的调变结构(波长散离)，之故而对于各个波长出现变化。在此情况下，可按照该样本的波长及色彩以分离散射强度分布等等，借由运用侦测器和频谱分辨率的滤光调整来执行测量作业。
在可见光，或者像是x光或紫外光的不可见光，进入一样本内的情况下，可对于三维空间内的各个指向将来自该样本的散射光线(此光线是依异于入射光线波长的不同波长所发射)的散射性质(荧光)加以量化，借此观察并且测量光线。
当自该样本发射且散射出不可见光而作为散射光线时，可借由经镀置于该“抛物形表面”上的荧光材料的发光情况，或是借由对光激发磷光体的强度累积，以观察并测量该散射光线。
该测量目标为含有会造成入射光线(电磁波)在光学反射或折射表面(包含晶体光学反射表面)上产生反射或折射的物质，或者是含有造成微结构式散射或绕射的物质，的散射体。该散射体可散射、绕射或折射具有与该入射光线相同或是不同波长的电磁波。该者可为固相、液相或气相。
在液相或气相散射的情况下，所述可为储存于液密式或气密式容器内，而在放置于该样本平台4上之前，在使用中可分别地渗透于电磁波。
本发明用于测量散射体性质的装置40以及用于宝石散射光线的色彩测量装置50的具体组态和其效果是如”问题解决方式”乙节所述。该用于测量散射体性质的装置不同于如图4所示用于测量宝石亮度的装置，其差别仅在于该光源为一产生器2，照射出不仅只有平行光线，并且在于用以上下旋转该产生器2的轨线3是经组态设定以使得该产生器2也可自该样本平台4的正下方处进行照射。另一方面，该用于宝石散射光线的色彩测量装置的差异仅在于该光源2是照射白色平行光线。
范例1
图12(a)及(b)说明本发明用于测量散射体性质的装置运用在x光绕射，并且使用一般平面屏幕，在操作和效果上的差异。
在图12中，LX代表X光，DR代表散射体，DL代表散射光线(绕射光线)，FM代表平面屏幕而且PM代表抛物形屏幕。该抛物形屏幕为图5中所示的映镜，同时是由透明压克力所制成并且在其抛物形表面上镀置以作为成像平板的荧光材料或镀层介质(由GLScan Corporation所制造)。O则是代表该抛物形表面的焦点。
根据本发明用于测量散射体性质的装置，当自该焦点收到散射光线DL时，该抛物形屏幕PM可接收位在theta＝0度到90度范围的内的散射光线，以及theta＞90，亦即”低于水平线”，的散射光线。
另一方面，根据该平面屏幕FM，只要该装置的大小R为确知，则光线接收范围theta就会有所限制，因此无法侦测在“水平线”邻近处(theta接近于90度)以及在theta＞90度范围内的散射光线。
虽有可能缩短相机与该平面屏幕FM之间的距离D(如此即意味着将该屏幕移动至靠近该样本)借以令侦测角度的范围变宽，不过这在theta＝0度和theta＝90度附近的范围内会造成侦测效能的显著差异。而令该装置的大小R为无限大则是不切实际。
即如前述，在本发明范例中，是可以对位在大于半球的角度范围内的散射光线进行成像，同时在此转换中可获得某一精准度，而且转换公式简便易行。以上皆为本发明的效果。
范例2
利用图4所示装置，可按照自该光源(产生器)2产生白光平行光线并且在特定的角度范围内照射于一钻石，亦即散射体，上的方式来进行实验。图13显示自该实验所获得的结果，此为该光线的散射分布(发光分布)：(a)显示整体光线的分布；(b)显示红色光线(R)的分布；(c)显示绿色光线(G)的分布；并且(d)显示蓝色光线(B)的分布。该用于宝石散射光线的色彩测量装置是运用与前述用于测量宝石亮度的装置相同的原理和组态，而差异实仅在于照射的是白色平行光线并且测量目标为该宝石的散射光线的色调。
从实验结果可知，当照射以白色平行光线时，可分别地针对于R、G及B获得该钻石的散射光线的分布情况。借由分析此项分布结果，即可按客观方式对钻石，即一宝石，之散射光线的色调进行测量。在此可观察到许多蓝色成份，即如图13(d)中以箭头所示者。
业界可应用性
本发明用于测量散射体的性质的装置、用于测量宝石的亮度的装置、用于宝石的散射光线的色彩测量装置以及用于测量发光分布的装置可适用在其中，利用抛物形映镜或抛物形屏幕，将一测量目标放置在该映镜或屏幕的焦点处，而需要在涵盖自具有前述焦点作为其中心的假设性球形表面的天顶(北极)处至小于3pi/4(弪度量)范围内对来自该测量目标的散射光线或反射光线按高转换精准度方式进行测量的业界领域。

Claims (4)

1.一种用于测量散射体的性质的装置可自该散射体在当收到具有某一波长分布的电磁波时的立体镜散射分布测量出散射体的性质，其包含：
一抛物形映镜或一抛物形屏幕；
一样本平台，用于将该散射体放置在该抛物形映镜或抛物形屏幕的焦点上；
一产生器，用于产生该电磁波；以及
一成像装置，用于将散射波成像如平面影像，这些散射波是由该散射体在当收到来自该产生器的电磁波时所散射，并且接着所述电磁波反射离于该抛物形映镜或投射于该抛物形屏幕上，
其中该待予测量的散射体系经放置在该样本平台上；
其中该电磁波是自一以前述焦点作为其中心的假设性球形表面的至少任何一或更多方向上，或是一或更多连续方向上，照射于该散射体上；以及
其中由该散射体所散射且反射离于该抛物形映镜或是投射到该抛物形屏幕上的散射波是由该成像装置成像如平面成像数据，并且
其中由按此所获得的成像数据可得到该散射体所产生的散射波的立体镜分布，借以从该分布结果测量出该散射体的性质，以及其中所述散射波是小于该截面上一曲线的3pi/4(弪度量)的范围内所获得，而具有该焦点的假设性球形表面的中央轴线是位在其中央处。
2.一种用于宝石的散射光线的色彩测量装置是利用根据申请专利范围第1项的用于测量散射体的性质的装置来测量宝石散射光线的色彩，
其中自该产生器照射出白色平行光线到宝石；
其中由该散射体所散射且反射离于该抛物形映镜或投射在该抛物形屏幕上的散射波是由该成像装置成像为平面成像数据，并且
其中可按量化方式测量出借此所获得的宝石散射光线成像数据、色彩散射或波长分布。
3.一种用于测量钻石亮度的装置是利用根据申请专利范围第1项的用于测量散射体的性质的装置，借以测量宝石在当收到自然光线时所闪烁的烁光的立体镜分布，其包含：
一光源，而非产生器，以供产生平行光线，
其中将一待予测量的宝石放置在样本平台上；以及
其中借由环绕该中央轴线按至少90度彼此相对地旋转至少该平行光线及该宝石，以将来自该光源的平行光线按至少在该抛物形映镜或抛物形屏幕的中央轴线的方向与法向于该中央轴线的方向间的方向上照射到该宝石上，以及
其中然后自该宝石所产生的光线反射离于该抛物形映镜或是投射在该抛物形屏幕上，并且借由该成像装置成像为平面成像数据，以及其中自如此所获的平面成像数据计算出由该宝石所产生的光线的立体发光分布，包含光线的大小和数量在内。
4.一种用于根据申请专利范围第3项的用于宝石的散射光线的色彩测量装置，而未含光源，以测量发光分布的装置可测量一自发光性发光体的发光分布并且具有下列特性：运用到一抛物形映镜或抛物形屏幕；在利用抛物形映镜的情况下，可将一发光体放置在该抛物形映镜的焦点上；自位于该抛物形映镜焦点上的发光体所发射的光线被该抛物形映镜反射，然后由成像装置予以成像；或另者，在利用抛物形屏幕的情况下，可将一发光体放置在该抛物形屏幕的焦点上；自位于该抛物形屏幕中央轴在线的发光体所发射的光线被投射到该抛物形屏幕上然后成像；借由分析该成像数据，即可测量出该发光体的立体发光分布。
CN2011800047869A 2010-05-25 2011-04-28 用于测量散射特性的装置、用于宝石的散射光的色彩测量装置、用于测量宝石的亮度的装置以及用于测量宝石的发光分布的装置 Pending CN102893142A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010119349A JP4719815B1 (ja) 2010-05-25 2010-05-25 宝石輝度測定装置
JP2010-119349 2010-05-25
JP2010254869 2010-11-15
JP2010-254869 2010-11-15
PCT/JP2011/002513 WO2011148572A1 (en) 2010-05-25 2011-04-28 Device for measuring properties of scatterers, color measuring device for scattered light of gemstones, device for measuring brightness of gemstones, and device for measuring luminescence distribution

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102893142A true CN102893142A (zh) 2013-01-23

Family

ID=45003573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011800047869A Pending CN102893142A (zh) 2010-05-25 2011-04-28 用于测量散射特性的装置、用于宝石的散射光的色彩测量装置、用于测量宝石的亮度的装置以及用于测量宝石的发光分布的装置

Country Status (11)

Country Link
US (2) US8593620B2 (zh)
EP (1) EP2486394A4 (zh)
KR (1) KR20130018835A (zh)
CN (1) CN102893142A (zh)
AU (1) AU2011259699A1 (zh)
BR (1) BR112012018205A2 (zh)
CA (1) CA2796709A1 (zh)
EA (1) EA201200535A1 (zh)
IL (1) IL221344A0 (zh)
WO (1) WO2011148572A1 (zh)
ZA (1) ZA201203158B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107110788A (zh) * 2014-10-07 2017-08-29 金展科技有限公司 观看宝石的系统、设备及方法
CN109480414A (zh) * 2018-12-27 2019-03-19 深圳市合尔为科技有限公司 钻石上料装置
CN110441322A (zh) * 2019-08-29 2019-11-12 江苏吉星新材料有限公司 一种蓝宝石晶棒的表面染色检验手法
CN111585647A (zh) * 2020-05-27 2020-08-25 Oppo广东移动通信有限公司 光通信性能的测试装置、方法和系统
CN111967122A (zh) * 2020-06-16 2020-11-20 西安理工大学 一种基于离散累积求和的紫外光散射模拟方法
CN112840206A (zh) * 2018-09-06 2021-05-25 日立安斯泰莫株式会社 表面测量方法、零件的制造方法、零件的检查方法以及零件的测量装置
CN115184282A (zh) * 2022-09-13 2022-10-14 北京理工大学 一种包含对比板的成像式散射属性测量系统及测量方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6786733B2 (en) * 2002-10-15 2004-09-07 Overseas Diamonds Inc. Computer-implemented method of and system for teaching an untrained observer to evaluate a gemstone
AT514332B1 (de) * 2013-08-27 2014-12-15 Swarovski D Kg Anordnung zur Analyse eines durch Brechung und Reflexion an einem Schmuckstein hervorgerufenen Lichtmusters
WO2016030833A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-03 Sahajanand Technologies Pvt. Ltd. Mobile gemstone identification
EP3057067B1 (en) * 2015-02-16 2017-08-23 Thomson Licensing Device and method for estimating a glossy part of radiation
US9678018B2 (en) 2015-03-30 2017-06-13 Gemological Institute Of America Inc. (Gia) Apparatus and method for assessing optical quality of gemstones
IL301732B1 (en) 2015-05-21 2024-04-01 Sarine Color Tech Ltd A system and method for the unique identification of a gemstone
WO2020016874A1 (en) * 2018-07-15 2020-01-23 Sarine Technologies Ltd System and method for evaluating and determining color in gemstones
CN116472559A (zh) * 2020-06-30 2023-07-21 苹果公司 镜面反射表面映射
KR102502029B1 (ko) * 2021-05-18 2023-02-21 연세대학교 산학협력단 표면 반사 정보를 이용한 광학적 반사 특성 산출 방법

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0611449A (ja) * 1991-02-06 1994-01-21 Kinsaku Yamashita ダイヤモンドの輝き度の判定方法及び装置
US20010023925A1 (en) * 1995-07-24 2001-09-27 Smith Martin Phillip Examining a diamond
US20020080357A1 (en) * 2000-11-15 2002-06-27 Dana Kristin J. Apparatus and method for measuring spatially varying bidirectional reflectance distribution function
US20030133121A1 (en) * 1995-06-07 2003-07-17 The Boeing Company Directional reflectometer
US20060023202A1 (en) * 2003-10-10 2006-02-02 Jacques Delacour Portable device for measuring the light intensity from an object, and the use of such a device
JP2006145280A (ja) * 2004-11-17 2006-06-08 Kiyomi Teramae 宝石の評価装置及び評価方法
CN2876769Y (zh) * 2006-03-13 2007-03-07 杨宝山 藏画石闪光画面显示仪
US20100053627A1 (en) * 2008-09-02 2010-03-04 Industrial Technology Research Institute Reflective scatterometer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4692024A (en) * 1985-05-10 1987-09-08 Electro-Tec Corporation Automatic refractometer
JPH06103269B2 (ja) * 1990-07-06 1994-12-14 金作 山下 ダイヤモンド等の宝石の観察または撮影方法および器具
US5371224A (en) 1992-11-24 1994-12-06 Hoechst Aktiengesellschaft Process for preparing 2,5-dibromopyrimidine
US5637873A (en) * 1995-06-07 1997-06-10 The Boeing Company Directional reflectometer for measuring optical bidirectional reflectance
GB2303699A (en) * 1995-07-24 1997-02-26 Gersan Ets A method and apparatus for detecting layers of synthetic diamond
TW200739171A (en) * 2006-04-04 2007-10-16 Himax Display Inc Liquid crystal display apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0611449A (ja) * 1991-02-06 1994-01-21 Kinsaku Yamashita ダイヤモンドの輝き度の判定方法及び装置
US20030133121A1 (en) * 1995-06-07 2003-07-17 The Boeing Company Directional reflectometer
US20010023925A1 (en) * 1995-07-24 2001-09-27 Smith Martin Phillip Examining a diamond
US20020080357A1 (en) * 2000-11-15 2002-06-27 Dana Kristin J. Apparatus and method for measuring spatially varying bidirectional reflectance distribution function
US20060023202A1 (en) * 2003-10-10 2006-02-02 Jacques Delacour Portable device for measuring the light intensity from an object, and the use of such a device
JP2006145280A (ja) * 2004-11-17 2006-06-08 Kiyomi Teramae 宝石の評価装置及び評価方法
CN2876769Y (zh) * 2006-03-13 2007-03-07 杨宝山 藏画石闪光画面显示仪
US20100053627A1 (en) * 2008-09-02 2010-03-04 Industrial Technology Research Institute Reflective scatterometer

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107110788A (zh) * 2014-10-07 2017-08-29 金展科技有限公司 观看宝石的系统、设备及方法
CN112840206A (zh) * 2018-09-06 2021-05-25 日立安斯泰莫株式会社 表面测量方法、零件的制造方法、零件的检查方法以及零件的测量装置
CN109480414A (zh) * 2018-12-27 2019-03-19 深圳市合尔为科技有限公司 钻石上料装置
CN109480414B (zh) * 2018-12-27 2024-02-06 深圳市合尔为科技有限公司 钻石上料装置
CN110441322A (zh) * 2019-08-29 2019-11-12 江苏吉星新材料有限公司 一种蓝宝石晶棒的表面染色检验手法
CN111585647A (zh) * 2020-05-27 2020-08-25 Oppo广东移动通信有限公司 光通信性能的测试装置、方法和系统
CN111967122A (zh) * 2020-06-16 2020-11-20 西安理工大学 一种基于离散累积求和的紫外光散射模拟方法
CN115184282A (zh) * 2022-09-13 2022-10-14 北京理工大学 一种包含对比板的成像式散射属性测量系统及测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8593620B2 (en) 2013-11-26
ZA201203158B (en) 2013-07-31
US20110299063A1 (en) 2011-12-08
WO2011148572A1 (en) 2011-12-01
IL221344A0 (en) 2012-10-31
US20140104595A1 (en) 2014-04-17
KR20130018835A (ko) 2013-02-25
EP2486394A4 (en) 2014-03-12
EP2486394A1 (en) 2012-08-15
EA201200535A1 (ru) 2013-01-30
CA2796709A1 (en) 2011-12-01
AU2011259699A1 (en) 2012-05-17
BR112012018205A2 (pt) 2017-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102893142A (zh) 用于测量散射特性的装置、用于宝石的散射光的色彩测量装置、用于测量宝石的亮度的装置以及用于测量宝石的发光分布的装置
US9581797B2 (en) High-throughput hyperspectral imaging with superior resolution and optical sectioning
US10215706B2 (en) Gemstone sparkle analysis
US7382445B2 (en) Methods, apparatus, and systems for evaluating gemstones
CN101184986A (zh) 使用空间欠采样双向反射分布功能测量表面的外观属性
CN102901706B (zh) 研究具有效应颜料的涂层的装置和方法
CN101243313A (zh) 用于散射仪的双光束设置
JP2001201454A (ja) 高価なジェムストーンの取引用システム
CN202101836U (zh) 一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统
CN107796819A (zh) 穹顶光源钻石测量仪及钻石测量方法
CN103063294A (zh) 量测装置及其量测方法
JP4719815B1 (ja) 宝石輝度測定装置
JP5033266B1 (ja) 発光体発光分布測定装置、散乱体物性測定装置、及び、宝石散乱光色測定装置
CN207472786U (zh) 穹顶光源钻石测量仪
Wallner et al. Night-sky imaging as a potential tool for characterization of total lumen output from small and medium-sized cities
US7436497B2 (en) Apparatus and method for providing spot lighting for gemstone observation
WO2015182258A1 (ja) ラマン散乱光測定用チップ及びラマン散乱光測定装置
Impey et al. Radio-quiet Quasars in the Direction of the Northern Hubble Deep Field

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1177256

Country of ref document: HK

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130123

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1177256

Country of ref document: HK