CN105492893B - 用于分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分析通过在宝石(2)上折射和反射引起的光图案(3)的装置(1)，其包括：用于照射宝石(2)的光源(4)，用于保持宝石(2)的保持装置(5)，用于成像光图案(3)的散射屏(6)，和用于拍摄在散射屏(6)上成像的光图案(3)的照相机(7)，其中，所述装置(1)包括半透明的光学元件(8)，该光学元件用于使由光源(4)发出的光(9)朝向宝石(2)转向并且透射在宝石(2)上折射和反射的光(10)，由光源(4)发出的光(9)具有在0.1°至0.4°之间的发散半角和具有带有来自可见光范围的多个不同波长的光谱。

Description

用于分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案的装置
技术领域
本发明涉及一种用于分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案的装置。本发明还涉及一种用于借助按照本发明的装置分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案的方法。
背景技术
具有所述组成部分的装置例如由US5,828,405已知。在按照现有技术的该装置中不利的是，对要检查的钻石的照射经由散射屏中的开口进行。这导致，光图案的会在该开口的区域内在散射屏上成像的部分丢失。此外，利用在US5,828,405中公开的照射装置也只能仅仅照射钻石的一小部分。按这种方式，关于钻石的信息也丢失。
最后，作为另外的缺点还包括，由于照射装置的几何结构必须使用于拍摄在散射屏上成像的光图案的照相机一方面相对于屏成角度地设置并且另一方面相对于散射屏相对近地定位。后者要求使用极端的鱼眼镜头。总之，在US5,828,405中照相机相对于散射屏的设置结构导致拍摄的光图案的强烈的透视失真。虽然理论上可以增大照相机离散射屏的距离，从而照相机例如设置在宝石的高度上或者甚至在其后面，不过朝散射屏的自由视野便会受到照射装置的部件或宝石本身限制，这又会导致信息丢失。
受到照射装置的部件或宝石本身限制，这又会导致信息丢失。
不过，为了完整起见要指出，在US5,828,405中的目的设定在于，拍摄宝石的特征性的“指纹”并且将其与存储在数据库中的指纹进行比较，以便可以在盗窃情况下对宝石进行鉴定。只要宝石的图像总是用相同的装置拍摄，信息丢失和透视失真就不起作用。
与此相反，本发明的装置用于分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案。在这里例如涉及分析宝石的例如受诸如几何结构或光泽的参数影响的品质。在该目的设定的背景下，所述缺点当然非常起作用。
要指出，本装置或本方法原则上可以用于分析所有类型和形状的宝石。特别是也可以分析天然宝石或人工合成的宝石、例如氧化锆或由玻璃制成的宝石(玻璃石)。
发明内容
本发明的目的在于，避免由现有技术已知的缺点并且提供一种改进的用于分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案的装置或一种改进的用于此的方法，在所述方法中应用按照本发明的装置。
所述目的通过如下所述的特征来实现。按照本发明的用于分析通过在宝石上折射和反射引起的彩色的光图案的装置包括：用于照射宝石的光源、用于保持宝石的保持装置、用于成像彩色的光图案的扁平的散射屏、特别是扁平的散射屏、和用于拍摄在散射屏上成像的彩色的光图案的照相机，所述装置的特征在于，所述装置包括半透明的光学元件，该光学元件用于使由光源发出的光朝向宝石转向并且透射在宝石上折射和反射的光，由光源发出的光具有在0.1°至0.4°之间的发散半角和具有带有来自可见光范围的多个不同波长的光谱。
本发明的核心构思之一因此在于，所述装置包括半透明的光学元件，该光学元件用于使由光源发出的光朝向宝石转向并且透射在宝石上折射和反射的光，其中，半透明的光学元件例如可以是半透明的镜子或玻璃板。
相对于现有技术的重要区别之一因此在于，光耦合输入经由半透明的光学元件进行。按这种方式可以更柔性地设置装置的各元件并且按这种方式避免由现有技术已知的缺点：
例如，用于保持宝石的保持装置和用于照射宝石的光源可以设置在散射屏的同一侧。这具有如下优点，即，为了照射宝石不必在散射屏中设置孔。同时也为相对于散射屏基本上垂直地设置用于拍摄在散射屏上成像的光图案的照相机创造出空间。为此可以规定，照相机设置在散射屏的与保持装置相反的一侧和/或散射屏是透射屏。通过这样相对于散射屏设置照相机，可以这样选择照相机离散射屏的间距，使得可以使用不导致成像的光图案透视失真或者仅导致成像的光图案很小透视失真的镜头。此外可以完全避免信息损失，因为取消了在照相机和散射屏之间设置消极地影响照相机朝散射屏的自由视野的元件的必要性。
通过使用附加的以半透明的光学元件形式的光学元件(每个光学元件总是与或多或少受不同程度影响的像差相关联)造成的表面上的缺点因此被一系列优点更多地补偿。
在按照本发明的装置的一种有利的构成方案中，保持装置设置成与散射屏间隔开在10cm至50cm之间的距离、优选约30cm的距离。
此外，已被证明为有利的是，照相机包括CCD芯片，和/或光源是LED光源。
由光源发出的光优选是未偏振的，和/或具有在5mm至15mm之间的射束直径、优选约为10mm的射束直径，和/或是校准的，和/或具有在0.1°至0.4°之间的发散半角、优选约为0.25°的发散半角，和/或具有带有来自可见光范围的多个不同波长的光谱。后者表现为，宝石基本上被用白光照射，该白光通过在宝石上的折射被部分地分解成其光谱色，从而在散射屏上成像的光图案部分地包括色光反射。
优选地也规定，按照本发明的装置包括评价单元、优选计算机，用于评价由照相机拍摄的光图案，和/或至少光源、保持装置、散射屏、照相机和半透明的光学元件设置在一个用于抑制背景光的机构中。通过最后的措施可以明显改善信噪比。
如开头所说明的，也要求保护一种用于借助按照本发明的装置分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案的方法，其中，所述方法包括如下的方法步骤：将要分析的宝石保持在保持装置中，借助光源照射宝石，和借助照相机拍摄在散射屏上成像的光图案。
在所述方法的一种特别优选的实施方式中规定，以不同的曝光时间和/或以不同的强度和/或不同的偏振(在应用偏振光的情况下)重复所述方法步骤2和3至少一次。因此，如果作为继续的方法步骤包括借助评价单元评价由照相机拍摄的光图案，则进一步便可以由至少两个在不同的曝光时间和/或强度和/或偏振时拍摄的光图案产生信息内容提高的HDR图像。
最后，被证明为有利的是，将由照相机拍摄的光图案与至少一个在评价单元中存储的光图案进行比较，其中，存储的光图案优选是模拟的光图案。按这种方式例如可以检测与宝石的理想打磨的偏差。
附图说明
由附图和以下的附图说明得出本发明的其他特征和优点。在此：
图1示出本装置的一种优选实施方式的示意图，
图2示范性示出通过在宝石上折射和反射引起的并且在散射屏上成像的光图案的简化的示意图，和
图3示出用于示意性描述按照本发明的方法的一种优选实施方式的流程图。
具体实施方式
按照本发明的用于分析通过在宝石上折射和反射引起的光图案的装置1的在图1中示出的优选实施方式包括一个用于照射保持在保持装置5中的宝石2的光源4。在此使用LED光源作为光源4。由光源4发出的光(相应的光轴设有附图标记9)是未偏振的，具有大致为10mm的射束直径，是对准的并且具有大致为0.25°的发散半角以及具有带有来自可见光范围的多个不同波长的光谱。由于射束直径的大小，商业上最常见的宝石可以被完全照亮。
由光源4发出的光9首先以一定的角度入射到一个以半透明的镜子形式的半透明的光学元件8上，并且在半透明的光学元件8的朝向光源的表面上被反射。更确切地说，光朝向宝石2转向。入射到宝石2上的光的一部分在此立即被朝向散射屏6反射。光的其余的远远更大的部分进入宝石2中，在那里折射并且在有刻面的宝石2的面上获得全反射，直至它最后重新从宝石2朝向散射屏6出来。一部分光自然也沿着背离散射屏6的方向离开宝石2并且因而鉴于光图案而言“丢失”。
从要分析的宝石2出来的折射的并且反射的光10(通过虚线表示)以透射方式通过半透明的光学元件8并且然后入射到散射屏6上，在该散射屏上成像根据宝石2的类型而有特征性的散射图。保持装置5和因而宝石2(的大致中心)离散射屏6的距离约为30cm。
如依据装置1的在图1中示出的构造可看出，保持装置5和光源4设置在散射屏6的同一侧。
散射屏6是透射屏，这就是说，在散射屏6上成像的光图案也在散射屏6的背离保持装置5的侧面上是可见的。按这种方式可以借助一个照相机7拍摄在散射屏6上成像的光图案，该照相机设置在散射屏6的与保持装置5相反的一侧。此外，也可以使照相机7以其纵向延伸方向基本上垂直于散射屏6定向，这通过点划线示出。照相机7是指具有相应的CCD芯片的CCD照相机。
光源4、保持装置5、散射屏6、照相机7和半透明的光学元件8设置在一个用于抑制背景光的机构13中，其中，该装置13的壁具有黑色的、无光泽的表面。
照相机7经由合适的数据线15与一个电脑形式的评价单元12相连接，该数据线也可以构成为无线的。
图2以黑白图示范性地示出通过在宝石上折射和反射引起的并且在宝石上成像的光图案3。该光图案3由多个单独的光斑16组成，其中，这些光斑16对于每个宝石特征性地通过折射和反射产生。要指出，在图2中示出的图像是具有颠倒的亮度的伪彩色图像。白色的区域事实上是黑色的，这就是说在这里没有光达到，而暗色的区域是散射屏的光入射到的区域。通过简化的黑-白图同样可看出，光斑16部分地具有类似于通过棱镜分解白光的颜色分布。也还要指出，光斑16可以具有不同的亮度。在英语文献中，宝石的这样的光图案经常也被称为“Fire(火彩)”。
在图3中依据流程图示出按照本发明的方法14的一种优选实施方式：在第一步骤i.中，将要分析的宝石保持在保持装置中。在接着的方法步骤ii.中，借助光源照射宝石。在第三方法步骤iii.中，借助照相机拍摄在散射屏上成像的光图案。接着以一系列、例如十次不同的曝光时间、例如安排为约60ms至约16000ms的曝光时间重复方法步骤ii.和iii.，这就是说，借助照相机拍摄彼此相继的在不同的曝光时间时产生的多个光图案。
在一个继续的方法步骤iv.中，借助评价单元评价由照相机拍摄的光图案。为此，首先由在不同的曝光时间时拍摄的光图案产生HDR图像(高动态范围)并且接着将其与在评价单元中存储的光图案(该光图案是模拟的光图案)进行比较。依据该比较可以推断出宝石的品质。

Claims (19)

1.用于分析通过在宝石(2)上折射和反射引起的彩色的光图案(3)的装置(1)，包括：
用于照射宝石(2)的光源(4)，
用于保持宝石(2)的保持装置(5)，
用于成像彩色的光图案(3)的扁平的散射屏(6)，和
用于拍摄在散射屏(6)上成像的彩色的光图案(3)的照相机(7)，
其特征在于，所述装置(1)包括半透明的光学元件(8)，该光学元件用于使由光源(4)发出的光(9)朝向宝石(2)转向并且透射在宝石(2)上折射和反射的光(10)，
由光源(4)发出的光(9)具有在0.1°至0.4°之间的发散半角和具有带有来自可见光范围的多个不同波长的光谱。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述半透明的光学元件(8)是半透明的镜子或玻璃板。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述保持装置(5)和所述光源(4)设置在散射屏(6)的同一侧。
4.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述照相机(7)设置在散射屏(6)的与保持装置(5)相反的一侧和/或所述照相机(7)基本上垂直于散射屏(6)定向，和/或散射屏是透射屏。
5.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述保持装置(5)设置成与散射屏(6)间隔开在10cm至50cm之间的距离(11)。
6.根据权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，所述保持装置(5)设置成与散射屏(6)间隔开约30cm的距离(11)。
7.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述照相机(7)包括CCD芯片。
8.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述光源(4)是LED光源。
9.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，由光源(4)发出的光(9)
是未偏振的，和/或
具有在5mm至15mm之间的射束直径，和/或
是校准的，和/或
具有约为0.25°的发散半角。
10.根据权利要求9所述的装置(1)，其特征在于，所述由光源(4)发出的光(9)具有约为10mm的射束直径。
11.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括评价单元(12)，用于评价由照相机(7)拍摄的彩色的光图案(3)。
12.根据权利要求11所述的装置(1)，其特征在于，所述评价单元(12)是计算机。
13.根据权利要求11所述的装置(1)，其特征在于，所述评价单元(12)对于具有理想打磨的宝石存储是模拟的光图案的至少一个彩色的光图案。
14.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，至少所述光源(4)、所述保持装置(5)、所述散射屏(6)、所述照相机(7)和所述半透明的光学元件(8)设置在一个用于抑制背景光的机构(13)中。
15.用于借助根据权利要求1至14之一所述的装置(1)分析通过在宝石(2)上折射和反射引起的彩色的光图案(3)的方法(14)，包括如下的方法步骤：
i.将要分析的宝石(2)保持在保持装置(5)中，
ii.借助光源(4)照射宝石(2)，和
iii.借助照相机(7)拍摄在散射屏(6)上成像的彩色的光图案(3)。
16.根据权利要求15所述的方法(14)，其中，以不同的曝光时间和/或以不同的强度和/或不同的偏振重复所述方法步骤ii.和iii.至少一次。
17.根据权利要求15所述的方法(14)，其中，作为继续的方法步骤(iv.)，包括借助评价单元(12)评价由照相机(7)拍摄的彩色的光图案(3)。
18.根据权利要求17所述的方法(14)，其中，由至少两个在不同的曝光时间和/或强度和/或偏振时拍摄的光图案产生HDR图像。
19.根据权利要求17所述的方法(14)，其中，将由照相机(7)拍摄的彩色的光图案(3)与至少一个在评价单元(12)中存储的彩色的光图案进行比较，存储的光图案是通过评价单元(12)对于具有理想打磨的有刻面的宝石模拟的光图案。
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