JP2007083311A - レーザエネルギ微小印刻装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】宝石の一部の上に位置ぎめの高い精度をもってマークを形成させるためにＱスイッチのパルス形レーザを用いるシステムを提供する。
【解決手段】被加工物のためのレーザエネルギ微小印刻システムは、レーザエネルギ源と、取付けられた被加工物に対して光学的アクセスを可能にする被加工物取付け装置と、レーザエネルギ源からのレーザエネルギを被加工物上に集束する光学装置と、集束されたレーザエネルギを被加工物の所望の部分上に指向させる相対的位置決め装置であって制御入力端子を有する相対的位置決め装置、および光学装置の焦点面と被加工物の表面との間の関係を自動的に決定するための電子的撮像装置であって、複数の角度から被加工物を観測可能である電子的撮像装置を備え、被加工物取付け装置と光学装置は操作中の外部振動による整列のずれに抵抗するために剛性フレームによって固定された関係を維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、宝石の表面上に証印を印刻（ｉｎｓｃｒｉｂｉｎｇ）する分野に関し、さらに特定すると、宝石の一部分上にマークを形成するためにＱスイッチパルス形のレーザを利用するシステムに関する。

参考として本明細書に合体される米国特許第４，３９２，４７６号に記述されるようなダイヤモンドに印刻するための既知のシステムは、レーザの焦点にて表面を黒鉛化することによってダイヤモンドにマーク形成するＮｄ：ＹＡＧ（１．０６μｍ、周波数倍増）Ｑスイッチレーザを包含する。ビーム位置は、重複した処理済み領域を作り出すようコンピュータ制御されている。このシステムの既知の実施形態の精度は、振動及びレーザステアリングシステムの精度によって制限されている。

参考として本明細書に合体される米国特許第４，４６７，１７２号は、英数字を印刻するためダイヤモンドがコンピュータ制御された位置決め用テーブル上にとりつけられた状態でＱスイッチせん光電球ポンピング式ＹＡＧレーザ（１．０６μｍ、周波数倍増）を提供するレーザビームダイヤモンド印刻システムについて記述している。同様に、米国特許第２，３５１，９３２号、３，４０７，３６４号、３，５２７，１９８号、３，６２２，７３９号、３，７７５，５８６号及び４，０４８，５１５号及び外国特許ＪＰ００４８，４８９号及びＪＰ００７７，９８９号も参照のこと。

米国特許第５，４１０，１２５号及び５，１４９，９３８号は、マスキングされたマーク形成画像と共にエキシマレーザ（１９３nm）を利用することによって宝石マーク形成を生成するシステムについて記述している。かくして、完全な文字又は図形を形成するべく再度位置決めし直すことは不要である。ダイヤモンドはエキシマレーザ放射を選択的に吸収し、そのダイヤモンド結晶格子形態を失なうことなく部分的な同素体変換を受ける。米国特許第３，５２７，１９８号及び４，４０１，８７６号をも参照のこと。米国特許第５，４１０，１２５号は、特許５，１４９，９３８号として発行された第５９５，８６１号の一部継続出願である。

９５年２月１１日付Ｇｅｍｓｔｏｎｅ Ｎｅｗｓ「通し番号はレーザで印刻される」、及び１９９６年６月のＪｅｗｅｌｅｒ’ｓ Ｋｅｙｓｔｏｎｅ−Ｃｉｒｃｕｌａｒ，ｐ７６は、通し番号やマーク形成が印刻された宝石に関するものである。

米国特許第３，５３７，１９８号はレーザエネルギを用いたダイヤモンド加工方法に関する。又米国特許第５，１９０，０２４号はダイヤモンドのこ引きプロセスに関するものである。１つの操作でダイヤモンドにマークを形成しかつのこぎりひきするために、レーザを使用することができる。米国特許第６７１，８３０号、６７１，８３１号、６９４，２１５号、７３２，１１８号、７３２，１１９号、３，５２７，１９８号及び４，３９２，４７６号ならびに外国特許ＧＢ １２２，４７０号をも参照のこと。

米国特許第４，４０１，８７６号は、高エネルギ、高パルス繰返数、低次モードのレーザビームを利用するダイヤモンドのような宝石をひき目付けするためのシステムに関する。同様に米国特許第３，４４０，３８８号、３，５２７，１９８号及び３，７００，８５０号ならびに外国の参考文献ＢＥ ８７７，３２６，ＤＥ １３０，１３８，ＤＥ １３３，０２３，ＧＢ １，０５７，１２７，ＧＢ １，０５９，２４９，ＧＢ １，０９４，３６７，ＧＢ １，２５４，１２０，ＧＢ １，２６５，２４１，ＧＢ １，２９２，９８１，ＧＢ １，３２４，９０３，ＧＢ １，３２６，７７５，ＧＢ １，３７７，１３１，ＧＢ １，４０５，４８７，ＧＢ １，４４６，８０６，ＧＢ ２，０５２，３６９、米国レーザ協会（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）「レーザによる材料加工指針」１９７８、「工業用ダイヤモンド再考」、１９８０年３月、ｐ９０及び９１；「レーザ利用覚え書」、１（１）（１９７９年２月）；ＤＬＰＹ４型−システム２０００Ｙａｇレーザについての「Ｎｅｗ Ｈｙｐｅｒｙａｇ」、及び「ダイヤモンド」：Ｎ．Ａ．Ｇ．Ｐｒｅｓｓ ＬＴＤ、第１１章、ｐ２３５，２３９〜２４２も参照のこと。

参考として本明細書に合体される米国特許第４，７９９，７８６号は、ダイヤモンドの識別に関するものであり、識別すべき試料が予め定められた波長の単色レーザ放射線ビームの中に置かれるダイヤモンド識別方法を提供する。試料から発光された散乱ラマン放射線は、ダイヤモンドの周波数特性の散乱ラマン放射線のみを通すように適合されたフィルタを通過させられる。その後濾波された放射線は、人間の目又は光電セルによって検出される。米国特許第４，３９７，５５６号及び４，６９３，３７７号及び外国特許ＧＢ ２，１４０，５５５号、Ｍｃｌｌｅｓ Ｇｒｉｏｔ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｇｕｉｄｅ ３，１９８５，ｐ１，３３３，３５０，３５１；Ｓｏｌｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，１（４）：１６８７〜１６９８（１９７０年２月１５日）をも参照のこと。

参考として本明細書に統合される米国特許第４，８７５，７７１号は、レーザラマン分光計でダイヤモンドを査定することによる、ダイヤモンドの品質の査定方法に関する。このシステムは、既知の品質特性をもつダイヤモンドを使用することによって最初に較正され、これらの特性は、例えば従来の主観的手順によって査定されている。その後、未知の品質特性をもつダイヤモンドが分光計の中に置かれレーザ放射の照射を受ける。ダイヤモンドからの散乱ラマン信号の強度は、ダイヤモンドの単数又は複数の方位に関して監視され、結果として得れた信号はダイヤモンドの１つの特性であり、ダイヤモンドの品質レベルを示すものと考えられている。同様に、米国特許第３，４１４，３５４，３，９８９，３７９，４，２５９，０１１，４，３９４，５８０，４，３９７，５５６ ａｎｄ ４，６２０，２８４号、及び外国特許ＦＲ ６４３，１４２，ＦＲ ２，４９６，８８８，ＪＰ ０１−５８，５４４，ＧＢ １，３８４，８１３，ＧＢ １，４１６，５６８，ＧＢ ２，０１０，４７４，ＧＢ ０，０４１，３４８ ａｎｄ ＧＢ ２，１４０，５５５，Ｓ．Ａ．Ｓｏｌｉｎ ａｎｄ Ｋ．Ａ．Ｒａｍｄａｓ、ダイヤモンドのラマンスペクトル、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｖｏｌ．１（４），ｐｐ．１６８７〜１６９８も参照のこと。

上述の文書は、本発明の構成及び作動に適用され得る要素、方法及びシステムを詳述する。

従来の装置および方法は何れも、宝石上に、宝石の認証に使用することができる程度に微細でかつ精密な証印、即ちマークを形成するには不十分であった。従って本発明は、レーザエネルギを用いて、宝石の認証に十分な程度に微細でかつ精密な証印またはマークを形成することが可能な装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、ダイヤモンド宝石のような工作物の表面上に一連の切削又は黒鉛化を受けたスポットを生成する、Ｑスイッチレーザダイオードで励起されたＮｄ：ＹＬＦレーザのようなパルスレーザをもつシステムを提供する。工作物は、ビームの集束及び位置決めのために並進運動可能な台の上に取りつけられている。

並進運動可能な台は、複雑なマーク形成パターンを生成するようコンピュータによって制御されている。このコンピュータは、プロセス制御及び撮像ならびにその他の機能のためにも使用可能である。

本発明によるプロセスは、標準的に約±１μｍの位置決め精度を達成する。レーザ及び並進運動可能な取付け台は、コンパクトで、好適には共通のプラットフォーム上に強固に取付けられており、並外れた減衰ではなく標準的な振動減衰しか用いる必要がないように充分なコモンモード振動の免除を可能にする。従って、既知のシステムにおける能動的振動抑制システムを必要とするのではなく、プラットフォーム又はシャーシのための単純でかつ小さい受動的振動絶縁マウントが利用される。

プロセスの光学的帰還は、レーザの焦点を含む視野を提供する直角に配置された２つのＣＣＤ撮像装置のような単数又は複数のビデオカメラを通して可能である。宝石の正しい位置決めは、このようにして、工作物上の撮像装置を正しく整列させることによって確保することができる。１つの撮像装置は、レーザの軸に沿って作業表面に向けられ、レーザの焦点を含む焦点面を有する。撮像装置を通しての光学的帰還を用いて、マーク形成プロセスの進行を監視することもでき、従って、これを用いて、一定の与えられた場所における工作物の位置決めならびに印刻速度、数、強度及び／又はパルス反復数を調整すると同時にマーク形成プロセスの進行を確認することができる。１つの撮像装置は、工作物の上部分を見るように方向づけされ、例えばダイヤモンドのテーブル表面に対し垂直に方向づけされてガードルプロフィールの識別を可能にし、一方第２の撮像装置は工作物の側面部分例えばプロフィールを見るように方向づけされ、同じく宝石のガードルの直接的ビューを提供している。このようにして、マーク形成プロセスをリアルタイムで見るため、第２の撮像装置を使用することができる。

光学的帰還システムは同様に、オペレータが印刻を設計し、工作物上に印刻を位置設定し、マーク形成プロセスを確認し、工作物及び形成されたマークの画像を記録又は記憶できるようにもしている。

マーク自体は、非変量印刻、通し番号などの完全自動印刻、例えば、固定及び可変部分をもつ半自動印刻又は図形を含む完全特性印刻を有することができる。

１つの実施例によれば、宝石のための印刻が、宝石のための包装材料又は予め印刷されたシートに付随するバーコードとの関係において規定される。データをタイプし直す必要なく、かつエラーの危険性を低くして、コンピュータの中に操作者がバーコードを入力する目的で、バーコード読取り装置が具備されている。したがって、１つの印刻には、例えばロゴ又は商標などの固定部分、宝石の評定又はグレードといった半可変部分及び通し番号のような超可変部分が含まれ得る。この場合、例えば、ロゴ又は商標が予めプログラミングされ、シリーズ中の全ての工作物上に印刻される。宝石の評定又はグレードは、受領書又はラベルのような、その宝石に付随するシート上に印刷されたバーコードとして走査され得る。通し番号は自動的に決定され得、例えば受領書又はラベル上に印刷され、この石に適用すべき唯一の識別子として利用され得る。印刻される文字は英数字記号に制限されるわけではなく、実際には、あらゆる言語の字体、線画キャラクタ、特注文字又は絵画的表示であってもよい。

工作物は、その識別情報を使用してアクセス可能な遠隔媒体又は工作物に物理的に付随した媒体に記憶されたデータと結びつけることができる。例えば、付随するメモリは、持久記憶装置例えば電池に支援されるランダムアクセスメモリ、電気的に消去可能な読取り専用メモリ、強誘電性メモリ、又はその他の記憶媒体、例えば磁気ストライプ、回転磁気媒体、光学メモリ及び印刷物である。

特注の又は半特注の印刻として、工作物上に、意味の無い印刻を設けることができるが、これはコンピュータのテキスト、図形、又はコンピュータ走査された画像として設けることが可能である。マーク形成システムはガードル以外の宝石の部分、例えばテーブル、にマーク形成をするために利用できる。従って、このような意味の無い印刻の場合、その意図は、人目につきにくい顕微鏡的な識別又は認証用のマーク形成を提供することではなく、工作物の感情的な価値を高めるよう可視の印刻を提供することにある。

多くの例において、印刻された各々の工作物を個別に識別できることが望ましい。これは、石上の独特のマーク又はマークと工作物の容易に識別される特性、例えば重量、形状、形式などの独特の組合せを用いて行なうことができる。１つの実施形態においては、マーク自体が、工作物を検査することにより電子式又は自動式に読みとられるか又は確認されうる英数字又はバーコードのような１つのコードを形成する。

マーク形成された工作物の画像を、工作物に付随する証明書上に形成又は印刷させることができ、その場合に、画像を実際の工作物と比較しつつ調査することにより工作物が証明書に対応していることを立証することを可能にする。この画像は、有利にもマークの全部又は一部、ならびにガードルの輪郭、境界標、縁部、彫面などの工作物の識別可能な特徴を包含している。従って、例えばマーク及び周囲のガードルなどを含む画像を、工作物の「指紋」識別情報として用いることができる。証明書上の画像は、写真によってか又は電子的に形成され得る。従って、記憶される画像は、ＣＣＤ画像又はマーク形成のシステムを通して形成される必要はなく、別の段階で生成されたものでも良い。

有利にするには、完成したマークまたは印刻プログラムのビットマップの画像がデータベースの中に記憶され、したがって工作物の比較及びその後の認証のため、及び偶然の又は望ましくないマーク形成の重複を防ぐためこれが利用可能であるようにされる。記憶は、電子式でも写真式でもよく、従って、データベースは、磁気又は磁気光学媒体、マイクロフィルム紙又はフィルム、ホログラフの結晶、磁気又は光学テープ又はその他の既知の媒体上にあってよい。

本発明の１つの態様によれば、例えばシステムの偶然の又は意図的な誤用を防ぐため、ユーザーによってオーバーライドされ得ないマーク形成装置に一体化した状態で、複製防止機能が提供されている。この場合、レーザシステムは、許可されていない状況下でのレーザ制御及び位置決めシステムの活性化を防ぐロックアウト回路を含んでいてよい。このようなロックアウトは、電源又は装置のその他の重要なサブシステムの中に具備することができる。

マーク形成システムの使用に基づいて、計算機又は制御装置により、報告書が作られることが可能である。印刻はラスタアプレーションを受けた画像であることから、このような報告書は有利にも、例えばビデオカメラなどの光学的帰還形撮像のシステムから受理した画像又はグラフィックプリントアウトとしてのプログラムされた印刻のいずれかを内含し得る。上述のとおり、報告書はまた、認証の証明書、例えば、マークを含む工作物画像のファクシミリを含むもの、を包含するもの、又はそれに関連させられるものであることが可能である。既知の認証スキームは、本明細書に参考として合体される米国特許第５，４９９，２９４号に開示されている。

工作物全体は、一般に並進運動可能な台の上に取りつけられ、精確な位置決めが可能になっている。かくして、コンパクトな設計の場合、台がさらに大きな距離にわたって正確に位置決めする能力をもつものの、ホルダーは最大寸法で約３０mm未満の工作物を収容することができる。台は一般に、デカルト座標系の中で３本の軸Ｘ，Ｙ及びＺに沿って並進運動できるが、例えば回転軸のようなその他の軸を内含することもできる。例えばブリリアントカットのダイヤモンドは半径方向に対称である。従って、ダイヤモンドガードルのまわりに印刻又はマーク形成が望まれる場合、ダイヤモンドはＺ軸方向の変位を調整することによって焦点に保持することができ、レーザのパルス作動の間にＸ及びＹ軸に沿った並進運動によって印刻を規定することができる。代替的に、ダイヤモンドを最初Ｘ，Ｙ及びＺ軸に沿って適切に位置決めし、１本の軸のまわりに回転させ、Ｙ軸に沿って順次並進運動させて、印刻を規定することもできる。この場合、Ｚ軸そして場合によってはＸ軸も同様に、焦点条件の保持のために使用することができる。自動制御のためにＸ，Ｙ及びＺ軸が利用される場合、手動の回転制御装置には、好適には規則的間隔をおいてデテント（つめ）が設けられている。

レーザ焦点との関係において工作物を移動させるための位置ぎめのシステムは、ビームステアリングシステム、例えばミラー、電気光学素子、空間光変調器例えばテキサスインストルメント社のデジタルミラー装置（「ＤＭＤ」、デジタルライトプロセッサ「ＤＬＰ」としても知られる）、ホログラフィ又は回折素子、又はその他の光学系を内含していても又はこれらから形成されていてもよい。しかし、集束されたレーザエネルギを工作物の望ましい部分上に誘導するためには、並進運動可能台が好適な手段である。

工作物は一般に、並進運動可能な台に離脱可能な形でとりつけられるホルダーの中に収容されている。かくして、工作物を、他の１つの工作物が印刻されている間に、装置の外側でホルダーの中に適切に装着することができる。これらのホルダーは同様に、工作物又は種々の寸法及び形状に対する適合化を提供することによって、装置の汎用性を増大させることもできる。例えば、丸形、楕円形、ハート形、マーキーズその他のカットダイヤモンドに個別に最適化されたホルダーを具備することができる。さらに、種々の寸法の範囲のダイヤモンドを、必要に応じ、異なるホルダーに収容させることもできる。

他の１つの実施形態によれば、取りつけられた工作物例えばはめ込み台内のダイヤモンドの、隠されていない部分上に印刻することができる。例えば、先端のあるはめ込み台の中では、ガードルの一部分が露出され、かくしてマーク形成にこれを利用できる可能性がある。この場合、装置の印刻用チャンバ内で工作物を適切に位置決めする目的で、多重ヒンジ式ホルダー又はホルダーセットを具備することができる。指輪、イヤリング、ペンダント、及び場合によってはブレスレット、ブローチ及びその他の一般的形態の中に取付けられた宝石を収容するように、ホルダーを具備することができる。

計算機による制御システムは、種々の機能性にユーザーがアクセスできるようにするユーザーのインターフェイスを提供し、使用及び作動を安全かつ／又は望ましい活動へとさらに制限することができる。従って、計算機化された制御システムは、工作物を損傷するか、保証又は認証手順を斯くか又はその他の面で望ましくないような活動を制限するようにプログラムされ得る。従って計算機による制御システムは、ユーザーの認証を要求し、工作物、特に工作物上のマークのビデオパターン認識を利用し、システムの要素又は特定の工作物に対する損傷を避けるべくレーザシステムの作動を制御することができる。システムは同様に、操作者の画像、指紋、網膜画像又はその他の確実な識別情報を収集することもできる。

システムは同様に、工作物の品質及び／又は特徴を記述するためのダイヤモンド又は宝石分析のシステムも含んでいてよい。この分析は、マーク形成プロセスを最適化し、工作物上にマーク形成されるべきデータを生成し、及び／又はマークとの関係において工作物を識別するデータを記憶するために、システムによって利用され得るものである。このシステムは、自動的に又は半自動的に作動することができる。宝石分類の自動化が利用される場合、手動の分類又は予備分類をまず提供するフェールセーフの分類のスキームが一般的に利用されることになる。かくしてマーク形成又は分類の誤りは、冗長性により低減される。マーク形成プロセスのパラメータを制御するために、工作物の特徴を使用することができる。

研磨されたガードルをもつダイヤモンドにマーク形成する場合、一般に単一パスの印刻で充分であり、自動光学的帰還形のシステムが高い信頼性で作動を制御できる。しかし、ダイヤモンド上の平滑なガードルの吸光度は低く、そのため、レーザエネルギの吸収を確保するためには、染料又はインキの被膜を表面上に施す必要がある。ガードルが粗い場合、望ましいマークを生成するために印刻装置の多重パスが必要となるかもしれない。粗いガードルの吸光度は一般に、吸光性染料又はインクの必要性が無くなるほど充分に高いものである。再試行の実行を自動化することができるものの、ユーザーによる制御が望まれる可能性もあり、このような制御は、工作物に向けられ計算機のモニタ上に実時間画像を表示するビデオカメラを使用することにより可能である。

例えば当初の印刻の過程の後、システムから除去された後、工作物を精確に心合せして望ましい座標系に対応させるため、工作物の記憶された画像及び装置内の撮像システムを利用することが可能である。かくして、工作物上の印刻されたマーク又は工作物上の固有の境界標は、心合せ又は再心合せのための基準点を提供する。従ってシステムは、印刻を修正又は固定すべきである場合に、工作物を再度装着することができるようにする。さらに、工作物は、印刻及び撮像の間にその当初の方位へと再度位置ぎめすることができることから、例えば真正な工作物の画像との比較により、マーク及び／又は印刻が真正であることを確認するために、同じ又は類似の装置を利用することができる。

好ましい実施例では、この心合せプロセスは手動で制御され、例えば工作物の位置の手動の調整を必要とする可能性があり、計算機制御の工作物位置決めシステム内にさらに制御された軸を付加することによって、自然の及び印刻された境界標を描写する記憶されたデータと比較したこれらの境界標の光学パターン認識に基づく、工作物の自動的な位置ぎめが可能となる。このような再心合せが達成できなかった場合、それはもとの画像との不整合の１つの表示となる。心合せを容易にするため、例えばＣＣＤビデオカメラのような両方の撮像装置からのビデオ画像を使用することができ、実際この目的のために第３軸についての観察を具備することもできる。

心のずれに対する画像データの数学的補償が可能であるため、認証のために工作物の精確な心合せが厳密に必要とされるわけではないが、このような精確な心合せを達成する能力は一般に、前の印刻の復元又は修復のために必要なものと考えられ、比較又は相関関係に先立ち実質的な画像処理を必要とすることなく、より単純な認証基準を提供する。

例えばマーク形成ペンを用いて、工作物に対して吸光性染料又はインキを手で塗布することもできるし、または、多孔性マーク形成チップを用いて、マーク形成すべき工作物表面に染料を塗布することによって塗布プロセスを自動化することもできる。有利にも、これらのインキ又は吸光性染料は、工作物の表面上にとどまり、浸透しないはずである。一般に、アルコールのような溶剤の使用によりマーク形成後に容易に除去できる染料が選択される。染料は、溶剤を飽和させたパットでの拭い取りといったような自動化されたプロセス又は手動式で、染料を除去することができる。

他の一つの実施例においては、レーザパルスを変調しまたは望ましい位置で工作物に選択的に多層的に切削または黒鉛化を行なうことにより浮彫り印刻も可能である。このような浮彫りマーク形成は一般に単純な英数字又はデジタルコード印刻には必要でないが、ロゴ、絵画作品、ラスター画像の偽信号発生防止、バイナリー又はフレネル形の光学部品、回折光学効果、盗用防止又は複製防止の用意又はその他の状況下においては有用であることが可能である。

２つのビデオカメラを有するシステムにおいては、工作物のビデオによる形状処理が可能であり、これは、各々の場所で焦点を点検する必要なくマーク形成するための工作物の最適の位置を決定するために使用することができる。またデュアルカメラは、同じビデオスクリーン上での位置ぎめ及び観察を可能にし、この場合にはカメラによる観察は個別の映像のウインドウとして提供される。カメラは、適切なマーク形成場所を決定し、レーザビーム焦点を確保し、石を心合せし、マーク形成プロセスの進捗を監視するために役立つ。

コンピュータ化された制御システムは、グラフィクス及び字体印刻の設計、選択及び実行における融通性を可能にする。好ましい実施態様においては、ボーラント字体が用いられる。しかしながら、その他の字体又は字体の組合せも利用でき、例えばボーランド（登録商標）、ポストスクリプト（登録商標）、トゥルー形、プロッタ又はその他の形式の字体又は字面も利用できる。さらに、アドーブポストスクリプト（登録商標）、マイクロソフトウインドウズ（登録商標）ＧＤＩ、マッキントッシュ（登録商標）クイックドロー、ＨＰ−ＧＬ又はその他のグラフィクス規格に応えるようにマーク形成システムをセットアップすることもできる。

好ましいレーザシステムは、内部周波数二倍器を伴う自立型ダイオードレーザポンピング式ＱスイッチＮｄ：ＹＬＦである。このようなシステムの存在により、大型の電源及び厳格な環境制御、外部的周波数２倍装置、水冷却システム、大きなサイズ及び重量、固有の不安定さ及び長い光路を伴う比較的大型のＹＡＧレーザの必要性が回避される。

緑色（５３０〜５４０nm）のレーザ発光が通過できるようにしながらレーザダイオードの発光を選択的に濾波するべく緑色フィルタがレーザの出力端に具備されている。レーザダイオードの照射は、レーザスポット部域内の垂直（Ｚ軸）カメラスクリーン上の画像を飽和しガードル及び印刻の適切な観察を妨げるから、望ましくない。

好ましい並進運動可能な台の配置は、レーザステアリングシステムの光学的動作の範囲が標準的に制限されているために多重セグメントでの印刻操作が必要となる問題を克服し、優れた絶対的位置決め再現性を提供する。しかし、本発明の幾つかの実施形態に従うと、ビームステアリングシステムのようなその他の形式のビーム位置決め装置も利用することができる。

幾つかの理由から、石の上に１つのマーク形成を施すことが可能である。第１に、石が紛失しまたは他の石と混合した場合に、石を識別することが望まれる可能性がある。同様に、供給源又は産地を識別するためにマークを使用することもできる。この場合、マークは、額面どおり信用されることが可能である。

しかし、幾つかの場合においては、偽作又は模倣の危険性があるためにさらなる保証の手段を必要とする。従って、石が指示された法人によりマーク形成されていること、又は石がそれに施されているマークに対応することを保証することが希望される可能性がある。このことのために、少なくとも２つの可能なスキームの１つが必要になる。第１に、石の特徴が独特であり、模倣するのがきわめて困難であること、である。例えば、宝石の或る一定の寸法又は比率は、幾分か無作為の変動の対象となり、従って幾分か未制御の値の範囲を有する。自然のきず及びその他の特徴はそれ自体一般に無作為であり、従って模倣が困難である。従って１つの石が他の１つの石に一致するということは考えにくく、又他の１つの石を操作することによって規定の寸法及び比率に全く一致するようにすることは考えられない。

従って、本発明の１つの形態によれば、これらの複製が困難であるという特徴は、コード化されたメッセージについての完全性の検査として用いられる。これらの特徴は、測定又は記録し、記憶することができる。有利には、これらの測定及び特徴は、マーク形成プロセスと合わせて捕捉された石の画像から誘導できる。実際には、このような画像を記憶し画像に対して例えば通し番号といったようなポインタを提供することによって、比較すべき測定値又は特徴を予め決定する必要はなくなる。従って、このようなスキームに従うと、石は、認証すべき石に関するデータを含むデータベースの記録に対するポインタを含んでいる必要しかない。こうして、反復的に決定することが困難でありまたは幾らか主観的である、石の特徴に関する情報を、その石又は石の識別情報と合わせて保存することが可能となる。上述のとおり、真正性証明書上の石の画像を用いて、石の識別情報の有形記録を提供しながら、その石が真正であることを確認することができる。

他の１つのスキームは、代って、石自体とのレーザマーク形成ビームの相互作用及び微妙な要因を含む印刻と同一コピーすることの困難さに依存するものである。かくして、マーク自体は、自己認証性をもつ。マークを複写する試みは、レーザによるマーク形成技術上の技術的制限及び／又はコード化情報を全て決定するための情報の不充分さのために、失敗する可能性が高い。

従って、１つの石を認証するために、マークを単独で、または石の特徴又は物理的特性と合わせてマークを分析する。１つのスキームでは、石上に印刻されたマークは、複製が困難であり再現がまれである石の特徴と相関関係をもち、自己認証を可能にする情報を内含している。その他のスキームでは、石上に印刻されたマークは、宝庫内に記憶されたデータベース記録を識別し、かくして、認証情報を得るために宝庫との連絡を要求する。宝石の手による切削のプロセスのため、天然のキズといったような特にその他の物理的特性と合わせた石の測定可能なすべての面を同一に複製することは、困難又は不可能となっている。このような物理的特性としては、例えば、予め定められた場所でのガードルの幅が挙げられる。この場所は、例えば印刻されたマークによって又は石単独の検査からは明らかでないマークからのオフセットによって識別され得る。与えられた全ての宝石について、単数又は複数のこのような場所を記憶することができ、そのため測定を模倣することがさらに困難になっている。その上、このような測定値は、一般に、印刻システムの撮像システムから容易に得るか又は決定することができるものである。

特定の自然の結晶構造についての唯一の情報を提供することのできるラマン散乱分析といったような精巧なシステムが知られている。好ましいシステムはラマン散乱分析を利用していないものの、本発明の実施形態と合わせてこのような分析を用いることも可能である。

好ましい実施例によれば、１つの石の真正性は、真正性証明書上に又はそれと合わせて提供されうるような、石の画像に対し実際の石を比較するための宝石商のルーペの使用によって決定される。このような石は、マーク、カットの詳細及び石の画像及び／又は境界標の中のガードルの輪郭に対するマークの関係を含む種々の特徴を有していることから、画像は、指紋として役立ち、各々の石を基本的に唯一のものにしている。石の画像に加えて、証明書には、以下で記述するとおりコード化されたコードのようなその他の情報をも含むことができる。このようにして石及びそれに付随する証明書の両方が識別情報を含み得る。

したがって、本発明はまた、マーク形成された石の画像、保証特徴及び認証特徴を含む不正や複製に対する耐性をもつ文書といった確実な証明書をも包含する。既知の確実な文書及びかかる文書及び／又はマーク形成の作製方法は、本明細書に参考として合体される米国特許第５，３９３，０９９号、５，３８０，０４７号、５，３７０，７６３号、５，３６７，３１９号、５，２４３，６４１号、５，１９３，８５３号、５，０１８，７６７号、４，５１４，０８５号、４，５０７，３４９号、４，２４７，３１８号、４，１９９，６１５号、４，０５９，４７１号、４，１７８，４０４号及び４，１２１，００３号の中で開示されている。本明細書に参考として合体される米国特許第４，４１４，９６７号は、工作物の画像を形成するのに使用できる潜像印刷技術を開示している。本明細書に参考として合体される米国特許第５，４６４，６９０号及び４，９１３，８５８号は、ホログラフィ保証装置をもつ証明書に関する。

他の１つのスキームでは、例えば宝石商のルーペ及び電話といった単純な道具を用いる標準的な宝石商によって、真正性証明書無しで、石を認証することができる。従って、本発明の１つの実施形態によれば、宝石商は、宝石上の裸眼では見えない英数字印刻を読むのにルーペを用いる。英数字の印刻又はその一部は、例えば電話のキイ板によって認証システムへ入力される１つの通し番号といった、宝石についての識別情報を含んでいる。マーク形成プロセスの時点又はその前後に決定される石の特徴が、このときデータベースから検索される。一般に、これらの記憶された特徴には、等級、寸法、識別情報及び場合によっては存在するきずの場所、そして唯一又はほぼ唯一の特長を含めた石の画像、が含まれると考えられる。かくして、例えば、マーク及び石又は石の一部すなわちガードルの輪郭のような石の周囲の境界標の画像を記憶することができる。このとき、例えば音声合成、映像のファクシミリ伝送、又はその他の手段によって、これらの特徴の幾つか又は全部を宝石商に提供することができる。真正性証明書が入手可能である場合、証明書を再度作成し、ファクシミリを宝石商へ転送して、その上に含まれた全ての情報の確認を行なうことができる。宝石商は次に、検索された測定基準及び証印を石のものと比較する。石が記憶された情報に対応する場合、その石は本物である可能性が高い。一方、石が記憶された情報に対応しない場合、石は偽造品である可能性がある。

工作物についての識別情報を記憶するデータベースは、例えば、マーク又は印刻の情報、マークの画像ならびに周囲のガードルの輪郭を含む工作物についての画像情報、物理的特性、主観的な等級、所有権及び分析提出に関する情報を内含することが可能である。このような情報は、分析の一貫性を確保する上での一助となるよう使用することができる。

他の１つの実施例によれば、認証システムは、認証ができなかったことについての説明が全く与えられず、偽造をより困難なものにするように、宝石商に対し公称値を提供することなく、ルーペ内の網線又はマイクロメータによって得ることのできる一連の測定値を宝石商に要求する。当然のことながら、システムは同様に、完全に自動化された分析及び通信システムを含む、石の特徴の測定及び通信のためのさらに精巧な装置を利用することもできる。

他の１つの実施例によれば、宝石は自己認証性をもつ。かくして、データベースシステム内に記憶された計量データとの比較に代わって、石自体の上に印刻されたマークには、石の特徴に関するデータを含むコード化されたメッセージが内含されている。異なる形式の一定数のメッセージを利用することが可能である。例えば、ＲＳＡ，Ｒｅｄｗｏｏｄ ＣＡから入手できるようないわゆる公開キー／秘密キーコード化プロトコルを使用して、工作物に「デジタルサイン」をラベル付けすることができる。本明細書に参考として合体されるＡＣＭ通信２１（２）：１２０〜１２６（１９７８年２月）のＲ．Ｌ．Ｒｉｖｅｓｔ，Ａ．Ｓｈａｍｉｒ及びＬ．Ａｄｅｌｍａｎｎ著「デジタルサイン及び公開キー暗号システムの獲得方法」を参照のこと。この場合、１つのコード化の当事者が、いわゆる秘密キーを用いて、適切なアルゴリズムを用いてデータをコード化する。メッセージを復号するためには、公衆に分配され得、コード化の当事者に結びつけられていることから公開キーと呼ばれる第２のコードを所有していなければならない。この公開キーを使用した時点で、コード化されたメッセージが解説され、コード化の当事者のＩＤが確認される。解説されたメッセージ内のデータには、宝石の唯一の又はほぼ唯一の特徴の組が含まれている。従って、宝石の出所及びその真正性を確認するためには、復号されたメッセージからの情報と石を比較することしか必要でない。このスキームではコード化の当事者には確認手順についての情報が提供される必要はない。このスキームの知られている変形においては、例外的な認証手順の場合を除き、データを確実に保証するべく当事者又は第３者寄託されたキーの間の私的な通信が可能である。

保障の証明書及び／又はマーク形成を生成させるため本発明によるシステム及び方法に全体的又は部分的に合体されることが可能な代表的な暗号化及び文書コード化のスキームは、本明細書に参考として合体される米国特許第５，４２６，７００（および０７／９７９，０８１）；５，４２２，９５４；５，４２０，９２４；５，３８８，１５８；５，３８４，８４６；５，３７５，１７０；５，３３７，３６２；５，２６３，０８５；５，１９１，６１３；５，１６６，９７８；５，１６３，０９１；５，１４２，５７７；５，１１３，４４５；５，０７３，９３５；４，９８１，３７０；４，８５３，９６１；４，８９３，３３８；４，９９５，０８１；４，８７９，７４７；４，８６８，８７７；４，８５３，９６１；４，８１６，６５５；４，８１２，９６５；４，６３７，０５１；４，５０７，７４４；および４，４０５，８２９号に開示されている。同様に本明細書に参考として合体されるＷ．Ｄｉｆｆｉｅ及びＭ．Ｅ．Ｈｅｌｌｍａｎ、「暗号学における新しい方向」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、第ＩＴ−２２巻、ｐ６４４〜６５４，１９７６年１１月；Ｒ．Ｃ．Ｍｅｒｋｌｅ及びＭ．Ｅ．Ｈｅｌｌｍａｎ、「トラップドアのナップザックに情報及びシグネチャを隠すこと」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、第ＩＴ−２４巻、ｐ５２５〜５３０，１９７８年９月；Ｆｉａｔ及びＳｈａｍｉｒ、「あなた自身を証明する方法：人物同定及び署名の実用的問題解決法」Ｐｒｏｃ．Ｃｒｙｐｔｏ ８６ ｐｐ１８６〜１９４（１９８６年８月）；「ＤＳＳ：デジタルのシグネチャのアルゴリズムの仕様」、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、草稿、１９９１年８月；及びＨ．Ｆｅｌｌ及びＷ．Ｄｉｆｆｉｅ、「多項式置換に基づく公開鍵の処理の分析」、Ｐｒｏｃ．，Ｃｒｙｐｔｏ（１９８５）ｐ３４０〜３４９も参照のこと。

他の１つのコード化スキームは、公衆によるメッセージの復号を許さず、コードを所有する認可された人物による復号のみを可能にするＤＥＳ型コード化システムを使用する。従って、これには、メッセージを復号し石の認証に立会うコード化の当事者の関与が必要となる。

耐久性ある認証を提供するためには、異なるスキーム内で異なる情報を包含する多重コードが宝石上でコード化され、それにより１つのコードの保障が侵害されるか侵害されるよう脅びやかされた場合、一般的により複雑な他の１つのコードが認証における使用に利用可能であることが望まれる可能性がある。例えば、１４けたの英数字のストリングとして一次的なコードが提供されることが可能である。さらに、１２８〜５１２の符号をもって、線形のバーコードが印刻されることが可能である。さらなる点の２次元の配列が印刻されることが可能であり、これは、例えば、切削の中心の配置のわずかな修正、２重の切削、レーザ電力の変調、及び多値の変調を用いる約１ｋ〜４ｋ及びそれ以上までコード化する潜在能力をもつその他の巧妙なスキームにより英数字ストリング上に重複されるパターンとして印刻されることが可能である。これらの次第に複雑さを増すコードの各々は、読み取りそして解読することがより困難である。

マークの切削のパターンは、石の表面変動及びシステムの制限と石の表面の変動の両方によるランダムな擾乱の支配を受ける。したがって、自己認証のコードの場合であっても、一般的に、マーク形成のプロセスが完了した後にデータベースに石に関する画像情報を記憶させることが望ましいことである。このとき、このデータベースは、画像の比較又は特徴の抽出による、さらなる証明又は認証に用いられることが可能である。

従って、幾つかの認証スキームが同時に利用可能である。好適には、異なる情報が各々の方法によってコード化され、さほど複雑でないコード化スキーマにおいて、より基本的な情報がコード化される。複雑な情報は、分光光度計のデータ、画像の情報、及び幾何学的次元のトポロジーを包含することが可能である。したがって、より複雑なコードの解説が一般的により後の期間において要求されるという仮定に基づくと、情報の証明用の設備は必要である場合のみ利用可能にされることが可能である。

安全保障の証明書又はマークの偽造を防止するＩＤ番号及び／又は暗号化の技術を使用する、知られている技術は、本明細書に参考として合体される米国特許第５，３６７，１４８号、５，２８３，４２２号、４，４９４，３８１号、４，８１４，５８９号、４，６３０，２０１号及び４，４６３，２５０号に開示されている。

結晶性物質の中にホログラフィにより情報を記憶することもできるということもまた、注意される。従って本発明によれば、結晶の中に、認証用ホログラフィデータを記憶することができる。このようなホログラフィによってコード化されたメッセージを形成し読みとるための技術は知られており、宝石を認証するためのこのようなコード化メッセージの使用は、本発明の一部をなす。したがって、情報は、石の結晶構造内のホログラムとして、又は証明書上のレリーフ又は位相のホログラムとして、記憶されることが可能である。従って、１つのホログラムを宝石から直接形成し、好適には光学的に拡大することができる。レーザによるマーク形成には、アブレーションスポットが含まれることから、これらはホログラム中に見えることになる。さらに、マーク形成のプロセスにはレーザが含まれることから、これと同じレーザを、修正済み光学系を用いたホログラムの露光のために使用することができる。例えば、各々の宝石のために個別に、１つは証明書上に置かれもう１つはマーク形成の創作者と共に記憶される１対のクロメートホログラムを形成させることができる。証明書には同様に、既知の保証特長も包含され得る。

工作物の当初のホログラムが利用可能である場合、ホログラムと工作物を光学的に相関関係づけすることによって、認証を自動化させることができる。この方法は、工作物における微細な変化に極めて敏感であり、従って特に不正防止性を有するものである。好適には、ホログラムと工作物の光学的相関関係パターンは、処理中のあらゆる変更を補償する目的で、最終的ホログラムの生成又は現像の後に記憶される。この光学的相関関係パターンは写真によってか又はデジタル式に記憶され得る。

従って、本発明のこの観点の１つの特徴は、宝石を識別するために、その上に記憶された情報は、石に関係する情報を含む石に関係するデータベース記録を識別するか、又は記憶された情報自体が石の特徴に関連するという点にある。

本発明の１つの観点においては、石のガードルの一部及びその外形の両方を観察するために、撮像システムが普通に配置されている。従って、一般的に、宝石が装置の中に装着されている間に撮像システムから石に関する所要情報を導出することが望ましいことである。印刻自体がコード化された特徴を含む場合、撮像システムを通して石を撮像し、撮像システムの出力に基づいて印刻を適用するすなわちフィードバック位置決めを使用することによって、これらの特徴を装置により応用することができる。印刻された石の画像もまた、獲得され記憶されることが可能である。前記されるように、印刻は、印刻された英数字コードといったような直ちに見える情報で明示的にコード化されてもよいし、或いは、石の目標点との関係における切削スポットの配置、ビーム変調、離れた切削スポット間の間隔及び擬似ランダムな切削マークのような変換コードを含んでいてもよい。マークは同様に、ガードルの縁部余白のような、再現性ある測定を可能にするため臨界部分に形成された証印を含むことも可能である。

本発明の１つの方法によれば、マークが形成されるべき宝石は、撮像され、画像は分析され、抽出された情報がデータベース内の情報と比較される。好適には、データベースは、マーク形成装置から離れたところにある中央データベースであり、記憶された情報はデジタル形式である。画像は、似たような宝石の画像の少なくとも１つのサブセットに関するデータと比較される。次に、絶対的に唯一のものであるか又は石の容易に規定できる特徴と共にとられた時点で唯一のものである石のガードル上の場所に対してコード化されたマーク形成が提案される。データベースシステムは、似たような宝石上に同一のマーク形成を防止するために利用され、従ってデータベース内のその他の石にあまりにも似ている場合には、提案されたマークの形成を承認できない。かくして、本発明のこの形態によれば、各々の石は唯一のコードをもち、同じコード化の基準を満たしながら以前に印刻された石と同一のマーク形成を受けることのできる石は、まれにしか見られない。単純な実施形態においては、データベースは各々の石に対して唯一の通し番号を割当てし、重複した通し番号の使用を妨げている。一方、より複雑なスキームにおいては、石のその他の特徴が候補を区別するのに使用されるならば、通し番号は唯一のものである必要はない。

本発明の他の１つの形態によれば、マーク形成のプロセスの精度及び再現性に対する固有の制約条件は、宝石の独自のコード化を提供するために利用される。従って、ガードルの表面の不完全さ及び切削のプロセス自体が相互作用して、理論的に理想的なマーク形成を妨げる。これらの効果は振動、電力線の変動、レーザの不安定さなどによるものと考えられるため、数多くのマーク形成の作業の全体にわたってランダムである傾向をもつことになる。これらの効果は同様に石の特徴の結果としてももたらされる。従って、最新の装置を用いる場合でさえ、高い詳細度までマークを再度作製しようという試みは、不変的に達成し難いものとなる。かくして、切削の深さの情報を得るべく場合によっては軸外し画像又はぼかした画像を含めた実際のマークの高解像度画像を記憶することによって、マークの認証が可能である。

同様の態様で、マークパターンの上に付加的な情報をコード化する目的で、マーク形成に対し意図的な又は「擬似ランダム」の不規則性（見かけ上ランダムであるがデータパターン内に情報を支持している）を課すことができる。マーク形成プロセスにおけるこのような不規則性としては、ビーム変調、２重の切削、切削の位置の微細な変更、アブレーション場所の可変的オーバーラップ度、パルス中のレーザ焦点の変動が考えられる。コード化パターンがわからない場合、位置的な不規則性は、ランダムなジッターとして現われ、強度の不規則性はランダムに見えることになる。擬似ランダムパターンがランダムノイズパターン上に重ね合わせられることから、順方向及び／又は逆方向エラー補正コードを用いて、以前に形成されたマークの実際のコード化位置又は強度に関して擬似ランダムノイズを差別的にコード化することが望ましいかもしれない。かくして理論的パターンよりもむしろ実際のマークパターンのフィードバックを用いることにより、信頼性ある情報検索を可能にしながら、擬似ランダム信号の振幅を実際のノイズ振幅により近く低減させることができる。擬似ランダム信号レベルを低減させ、実際のノイズ上の擬似ランダム信号を変調させることによって、マークを複製することがさらにむずかしくなり又コード化スキームの先験的知識無くコードを検出することもより困難になる。

英数字コード及びその他の容易に観察可能のコードは普通の宝石商に読まれることが可能であるが、微細なコード化の方法は、読取るための専門化された設備を必要とする可能性がある。従って、本発明の他の１つの形態は、宝石上に印刻されたコードを読取るための自動化されたシステムを提供する。このようなシステムは、画像分析能力をもつビデオ顕微鏡として作動する。画像分析能力は、一般的に利用されたコード化の形式に対し同調されるか又は適合させられ、分析を適切な詳細に限定する。従って、擬似ランダムコードが切削のパターン内に現われる場合、個々の切削の場所及びその相互関係が分析される。同様にして、切削の深さ又は振幅が適切である場合、共焦点顕微鏡を利用することができる。

同様の態様で、偽作又は偽造を予防するため真正性証明書には、認証及び保証コード化を備えることができる。上述の技術に加えて、文書の複製及び不正防止のための幾つかの他の知られている技術が利用可能である。この場合、証明書は、マーク形成のプロセスの保障に対し追加の水準を付加する。従って、工作物には好適には、認証のための真正性証明書を必要としない確実なマーク形成を包含するが、証明書を付加することは、認証のプロセスを容易にし、一方、偽造をより困難なものにする。

宝石印刻のための標準的な電子的読取り装置には、例えば２００倍の倍率の高倍率レンズを伴うＣＣＤ撮像装置及び照明装置が含まれることになる。ＣＣＤの見かけの解像度は、ＣＣＤ光学系との関係における宝石のわずかなシフトでのマルチフレーム平均によって増大され得る。データを獲得しそれを分析するためには、フレームグラバー又はテレ−ビデオシステム（例えばビデオ会議システム）を伴う計算機システムを用いることができる。一般に、コード化された情報を抽出するためには、既知の画像処理スキームを使用することができる。

情報内容すなわちマークについて分析することに加えて、工作物の画像をデータベース内に記憶された画像と比較することも可能である。従って、宝石の推定的識別に基づき、データベース内の画像記録が検索される。その後、推定的な宝石の画像は、記憶された画像と比較され、その後、差異があればその意義について分析する。これらの差異は手動、自動のいずれでも分析できる。通し番号又はその他のコードが現われた時点で、これは、通し番号又はコードで適切に印刻された石に対応するデータベース記録を検索するために用いられる。コードが石及びマーク形成の特徴に対応する場合、複数の記録を、未認証の石との整合の可能性について検索することができる。この場合、データベース記録内の情報は、明確に石を認証するか又は認証できないはずである。

本発明の他の１つの形態によれば、レーザエネルギによる微小印刻システムは、半導体によって励起されたＱスイッチ固形状態レーザエネルギ源、アパーチャを有するカット宝石取付けシステム、レーザエネルギ源から前記アパーチャを通ってカット宝石上にレーザエネルギを集束させるための光学系、制御用入力端を有し、前記集束されたレーザエネルギが前記宝石上の望ましい位置に提示されるように前記光学システムとの関係において前記宝石取付けシステムを移動させるための移動可能な台、複数の視点から宝石を観察するための撮像システム、及び前記レーザ、前記光学系及び前記の台を固定した関係に支持し、前記レーザ、前記光学システム及び前記の台の差動的運動に抵抗し振動による位置ずれの免除の特性を増大させる剛性のフレーム、即ちシャーシを具備する。低い冷却及び電力所要量のレーザシステムを利用することによって、装置を自蔵型かつコンパクトにすることができる。装置の寸法を最小限にし装置を剛性フレーム又はシャーシの中に閉じ込めることによって、振動の免除が改善される。かくして、閃光電球励起レーザを利用するシステムに比べて、実質的な振動絶縁装置は削除される。

本発明の他の１つの態様によれば、あらゆるマーク形成作業に先立って、提案されているマーク及び／又は結果として得られたマーク形成済みの宝石が以前にマーク形成されたいずれかの宝石に類似でありすぎて容易には識別できないものであるか否かを決定するため、提案されたマーク及び／又は推定された結果として得られた画像はデータベース記録と比較される。もしそうであれば、マーク又は提案されたマークを変えることができる。さらに、機械の１つの自動的な性格として、この比較は、以前にマーク形成された宝石を偽造するために認可済み機械が使用されることを防止することが可能であり、また、データベースの完全性を保証する。

本発明の他の１つの形態によれば、ガードルのような宝石の一部の上にパターンのマーク形成が印刻される。特定のガードルパターンを正確に再度作成するのは困難であることから、パターンは、例えばルーペを用いて、幅、周囲及び寸法を含むガードル特性の数量化を可能にする。したがって、パターンは、宝石の認証のための測定基準を提供することを援助する。

データベースは、マーク形成装置に局所的に記憶されてもよいが、好適には中央データベースが維持され、数多くの遠隔のマーク形成の場所からの識別及び／又は画像情報を受理し、記録の中央制御及び検索を可能にする。このことはまた、システムの完全性を維持する機能と長期の認証の手順を分離することを容易にする。

発明の目的。
従って、本発明の１つの目的は、パルスレーザエネルギ源；光学アパーチャを有する、工作物取付けシステム；前記光学アパーチャを通して工作物上にレーザエネルギ源からのレーザエネルギを集束するための光学システム；制御入力端をもち、工作物の望ましい部分上に前記集束されたレーザエネルギを誘導するための手段；複数の優位点から工作物を見るための撮像システム；マーク形成命令を受理するための入力端；前記命令に従って１つのマークを生成するべく前記撮像システムから受理された前記マーク形成命令及び情報に基づいて前記誘導用手段を制御するためのプロセッサ；及び複数の工作物上のマークの画像に関して電子的に情報を記憶するための記憶システムを含む、レーザエネルギマイクロ印刻システムを提供することにある。

本発明の他の１つの目的は、取付けシステム内に加工物を取付ける段階；工作物の望ましい部分上に集束されたエネルギを誘導する段階；複数の優位点から工作物を電子的に撮像する段階；入力端からマーク形成命令を受理する段階；マーク形成命令及び電子的撮像に基づいて集束されたレーザエネルギの誘導を制御して、前記命令に従ったマークを生成する段階及び、複数の工作物上のマーク形成画像に関する電子情報を記憶する段階を含んで成る、工作物上に光学系により集束されたパルスレーザエネルギ源からのレーザエネルギで工作物に微小印刻する方法を提供することにある。

本発明のさらに他の１つの目的は、半導体で励起されたＱスイッチ固体状態レーザエネルギ源；アパーチャを有するカット宝石取付けシステム；カット宝石上に前記アパーチャを通して、レーザエネルギ源からのレーザエネルギを集束させるための光学系；制御入力端を有し、前記宝石上の望ましい位置に対し前記集束されたレーザエネルギが提示されるように、前記光学系との関係において前記宝石を移動させるための移動可能な台；複数の優位点から宝石を見るための撮像システム；及び前記レーザ、前記光学系及び前記台の運動差に抵抗し振動による心のずれの免除を増大させるべく、前記レーザ、前記光学系及び前記ステージを固定された関係で支持する剛性フレームまたはシャーシを含む、レーザエネルギによる微小印刻システムを提供することにある。

これらの及びその他の目的は、以下の記述により明らかになるであろう。本発明を充分に理解するためには、添付図面に図解される本発明の好適な実施例の下記の詳細な記述が参照されるべきである。

本発明の詳細な好適な実施例が図面を参照しつつ以下に記述される。図面における同様な特徴は、同じ参照数字で表示される。

本発明によるシステムは、ダイヤモンド１３のガードル上に英数字式文字をマイクロ印刻するために使用することができる。これは、最小限の体積及び設置必要条件そしてあらゆる事務所環境との最適な相容性を提供するため、パルスレーザ１そして好適にはＱスイッチレーザダイオードポンピング式固体レーザに基づいている。

したがって本発明による好適なレーザに基づく印刻のシステムは、図１３，１４に示す様に、下記の主要な要素を包含する：
支持点に緩衝器１４１を有する振動絶縁のフレーム１４０またはシャーシにおいて（図２1参照）：
（１）レーザダイオードポンピング式レーザ１及びプログラミング可能な電源１４、及びそれに伴うビーム拡大器５。
（２）案内８及び集束用光学部品１０、小型ＣＣＤカメラ２８，３２及び照明システム。
（３）ＸＹＺ動作ステージ５０（Ｚエレベータステージを伴う）であって、エンコーダ１４５（図１４）、限界及び直流ブラシレス電動機を含むもの。
（４）ダイヤモンドホルダー１４４（図１４）及び付属物。
（５）安全性鎖錠装置１４３（図２１）を伴う外被体１４２（図２１）であって、キャビネットを開いた状態での作動を防止し、及び迷走又は散光レーザエネルギが安全性についての危険性を生じさせることを防止するもの。
（６）制御用の計算機のシステム５２であって下記を有するもの：
（ａ）ＰＣ（ペンティアム（登録商標）１００Mhz ）、ＰＣＩ母線、１０２４×７６８ＶＧＡモニタ。
（ｂ）フレームグラバー５６（Ｍａｔｒｏｚ、ビデオグラフィックカード）。
（ｃ）３軸動作制御用のカード６０。
（ｄ）ケーブル及び電源。
（ｅ）システム作動用のソフトウェア（ウインドウズ（登録商標））。
（ｆ）アプリケーションソフトウェア。

装置
図１に示されるように、約５２５nmの波長をもつビーム２を発光するＮｄ：ＹＬＦ第２高調波レーザ１（ＱＤ３２１）が具備されている。濾波されたレーザビーム４を生成するべくあらゆる残留基礎レーザ出力エネルギを減衰させるために１０４７nmのフィルタ３が具備されている。このとき、濾波されたビームは、エネルギ密度を低減させるべく、１０倍ビーム拡大器５の中で拡大される。拡大されたビーム６の径路内には、ダイオードポンプからのエネルギを除去するため７８０nmのフィルタ７が具備されている。ダイクロイックミラー８は、１０倍の顕微鏡対物レンズ１０に向かって、拡大され濾波されたビーム９を反射する。顕微鏡対物レンズ１０はビームを、例えばカットダイヤモンド１３のガードル１２である工作物の上へ集束させる。

図２は、上部照明及び撮像システムを示す。ＬＥＤ２０すなわち約６５０nmでの発光を有するＬＥＤのアレイは、コリメト用レンズ２１を通して投映して視準された照明ビーム２２を生成する。視準された照明ビーム２２はビーム分割器２３上に投映し、この分割器が視準された照明ビーム２２を反射鏡２４に向かって反射する。反射した視準された照明ビーム２５は、濾波されたビーム９と平行にダイクロイックミラー８を通過し、顕微鏡対物レンズ１０を通って工作物１１上へと進む。工作物１１は、顕微鏡対物レンズ１０及びダイクロイックミラー８を通して反射鏡２４上へ照明ビームの一部を反射し戻し、視準された照明ビーム２５とは反対の経路をたどる。しかし反射された照明ビーム２７の一部はビーム分割器２３を通って上部ＣＣＤカメラ２８に向かって進む。かくして上部ＣＣＤカメラ２８は、６５０nmの照明で工作物１１を見る。３５．６cm（１４インチ）のビデオモニタ（スクリーン）１５９（図１４参照）上に表示された時点で、画像２９の、結果的な倍率は約２００倍である。

図３に示される側部照明及び撮像システムは、図２に示される上部照明及び撮像システムよりも幾分か単純である。一組の間隔どりされた６５０nmのＬＥＤ３０が、一般に上部から工作物１１に向かって収束する角度で照明３１を生成する。側部ＣＣＤカメラ３２が、２重レンズ３３及び窓３４を通して、上部ＣＣＤカメラ２８に対し直角に工作物１１を見る。３５．６cm（１４インチ）のビデオモニタ上で側部ＣＣＤカメラ３２の結果として得られた画像３５は同様に約２００倍の倍率である。工作物１１がガードル１２をもつカットダイヤモンドである場合、側部画像３５にはガードル１２のプロフィールが含まれる。

図４に示される底部照明システムは、工作物１１の下に１組の間隔どりされた小型の放電灯４０を含み、上向きに収束する径路４１に沿った照明を生成する。

台の位置ぎめ及び制御のシステムは、図５に示される。工作物は、工作物取付けアッセンブリ１４４（図１４参照）の中でエンコーダの帰還を伴って、３軸ステージ５０上に取付けられる。コンピュータ制御装置５２とは別にレーザシステムエンクロージャ１４２（図２１参照）内に、３軸ステージ用駆動装置５１が具備されている。コンピュータ制御装置５２は、ＩＳＡ母線カードである位置決め制御システム５３（Ｇａｌｉｌ）を通して交信する。レーザシステムエンクロージャ１４２内には、位置決め制御システム５３へと一組のケーブル５５によって接続されているブレイクアウトボックス５４が具備されている。

図６（従来技術）に示されるように、米国特許第４，３９２，４７６号に記述される既知のシステムには、ダイヤモンド１３上でレーザシステムを操縦するＸスキャナ６１及びＺスキャナ６３が包含される。この既知のシステムは、反復性において限界がある。さらに、このシステムは比較的大形であり、振動の影響の支配を受ける。

図７〜図１１は、上面、側面、側面詳細図の形でのダイヤモンドホルダー、取付け済み石ホルダー及び取付けられていない石ホルダーをそれぞれ示す。スライダ１１６が、キャビネット内で、スロットとの関係における精密な位置ぎめを可能にしている。スライダ１１６は、スロット内に挿入されるにつれてホルダー１１６を位置ぎめする硬化された鋼球及びばね負荷された球の一組により位置ぎめされる。手動の調整の一組により、拘束／解放用のチャック１０７が設けられた状態で、粗回転１０６及び微回転１０４に対する制御が可能になる。工作物１１１は、２つの丸いロッドが工作物をフィンガー１１０により所定の位置に保持された状態で位置ぎめする状態で、チャック１０９に装着されたポット１０８内に設置される。

図１０に示されるように、取付けられた工作物ホルダーは、取付けられた工作物１１１が精確に保持され得るようにする。取付けられた工作物の取付け及び取外しを可能にするよう、バネ式引き金１１２が設けられる。

作動の態様
システムは、静止のレーザビーム、例えば移動しないレーザビーム発生装置を包含する。ＸＹＺ位置決めシステム５０は、工作物１１を移動させ、約１．０μｍの解像度及び再現性で印刻を生成する。焦点でのビーム寸法は約１μｍより大きく、従って位置決めシステム５０の精度はマーク形成の位置ぎめにおける制限の要因にはならない。

工作物１１、例えばダイヤモンド１３、の対称軸が水平に配置された状態で、ダイヤモンドガードル１２は、２つのＣＣＤカメラ２８，３２により水平に（プロフィルモード）、及び垂直に（印刻モード）観察される。垂直軸は同様にレーザ１の軸にも対応する。例えばレーザに向かって一般に上方に向っている光路をもつ第３のカメラも同様に具備することができる。もちろん、レーザビームに面した撮像装置が、作動中の損傷を防ぐような形で設けられている。レーザ１の焦点及び濾波用等の光学部品８，２３，２４のため、レーザエネルギによるＣＣＤ２８，３２に対する損傷の危険性は低い。ユーザーは、単数のカメラ又は複数のカメラのいずれを見るかを選択することができる。多数の画像が存在する場合、これらは計算機のモニタのスクリーン１５９上に縮小サイズで重ならないように並べて表示することができる。ポイント用装置としてマウス１６１を用いて、ガードル１２は、特に外形観察を用いてスクリーン１５９を見ることによって心出しされ焦点合せされる。ダイヤモンド１３は、ガードル１２の適正な部分を、スクリーン１５９上の表示ウインドウの中心に置くよう、その装着体１４４内で手動で回転させられることができる。画像は約２００倍の倍率で提供されるが、その他の倍率又は可変的倍率も可能である。倍率は、ここではスクリーン１５９上で測定された印刻のサイズ１５９と実際の印刻のサイズの比率として規定される。一般に、１０２４×７６８画素の解像度で、３５．６cmまたは３８．１cm（１４又は１５インチ）のダイアゴナルのビデオモニタが用いられる。

印刻内容のユーザー入力部分は、キーボード１４８上でタイプ打ちされるか又はバーコード読取り装置１４９によって計算機内に入力される。もちろん、データ入力は、音声認識のためのマイクロホン１５０を通して声で行なうこともできるし、読取り装置１５１を通して磁気ストリップによって行なうこともできるし、又は計算機のマウス１６１を用いてポイント＆クリックオペレーションを通して行なうこともできる。入力された印刻及びロゴは、ダイヤモンド１３のガードル１２に対応する部域上に重ね合わせてビデオスクリーン１５９の上に表示される。マウス１６１及びキーボード１６０を用いて、ユーザーは、印刻特徴を全て変更してそれをガードル１２に適正に合わせることができる。好適にはユーザーインターフェイスは、ポイント用装置（マウス１６１）、キーボード１６０及び表示スクリーン１５９を伴うグラフィクスユーザーインターフェイスであるが、ユーザーの手が空いていない可能性がある場合には、例えばマイクロホン１５０を通して、音声指令の認識のシステムを使用する事もできる。この場合、ユーザーによるフェールセーフ仕様による特別の行動シーケンスによって、全ての入力情報および操作シーケンスの開始を確認することにより、例えば浮遊ノイズが破壊的な妨害を生じることは無い。

水平方向カメラ３２のスクリーンにおいて、ユーザーは、マウス入力装置１６１を用いて限界の大きさをマークすることにより、ガードル１２の形状を測定することができる。このデータは次に、つねにガードル１２の表面上にレーザ出力の焦点を保つために使用することができる。プロフィールデータ及びガードル１２の輪郭は画像から自動的に抽出できるし又は、プロフィール及び／又はガードル境界を輪郭どりするのに手動の入力段階を利用することもできる。一般に、ガードル上の印刻位置決めは手で補助することになるが、ｍｅｌｌｅｅとして知られている特に価値の低い小さな石については、完全自動化を用いることができる。これらの手順が完了すると、すべての印刻データを含有するいわゆるＧ−コードファイルが生成される。このファイルは、実際の印刻の実行のため、位置決めステージ制御装置５１へと移送される。

印刻コードファイルは、図１５に示されるように、無許可の又は不正な印刻を防ぐためのアルゴリズムに基づいて自動的に生成及び認可することができる。本発明の１つの実施例による認証プロセスには、工作物の画像を獲得し又は検索する段階１７１、工作物の特徴を決定するべく画像を分析する段階１７２、異なる場所にあり得る遠隔通信リンク１５２などを通して認証装置までその石に関するデータと合わせてその特徴を伝送する段階、遠隔式にでも局所的にでも実行できる、特徴及び提案されたマークが唯一のものであるか否かの決定段階１７３、そして特徴及びマークが唯一のものでない場合マークの変更を提案する段階１７４、そして次に認証装置を用いて修正済みの提案されたマークを再確認する段階が含まれる。マークは、認可された後、コード化され（１７５）、コード化されたコードはマーク形成制御装置まで伝送される（１７６）。かくして、認証装置がマークを認可した場合にのみ、システムはそのマーク形成を開始する。

工作物の特徴は眼１４６により決定されることが可能であり、また、適切な形式のセンサ１４７により決定されることも可能である。例えば、寸法、重量、光透過特性、彫面角度などを測定することができる。初期マーク形成プロセスの間に、特徴が決定され、好適にはデータベース１５６内にマーク形成情報と連系して記憶される。例えば、このデータベースは、ＣＣＤ撮像装置２８，３２から誘導された画像、圧縮画像又は画像の一面を記憶することができる。好適には、マーク生成された後、上部ＣＣＤ撮像装置２８はマークの画像を捕捉するのに用いられ、この画像はその後記憶される。本発明の一実施例によれば、データベース内に記憶されるか又は石の上にマーク形成された情報を、コード化プロセッサ１５７を用いて確実なコード化方法によりコード化し、不正行為の危険性を低減させることができる。さらに、マークは、部分的には、マーク形成された工作物の特徴の識別情報を含み入れることによって自己認証性のものにすることができる。もちろん、コード化プロセッサは制御システム１５５と同じであってもよく、別の物理的装置である必要はない。

制御装置は、レーザのオン／オフ切替え、範囲外のレーザの電力、リミットスイッチ、マウスなどのあらゆる入出力オペレーションを実行すると同時に、動作自体も行なう。かくして、制御システムは、マーク形成システムハードウェアとは別に望み通りに容易にグレードアップすることができる。

操作者は、印刻マーク形成プロセスの前後及び途中にダイヤモンドを観察することができる。印刻が完成していない場合、操作者は、２回目以降のマーク形成オペレーションにおいてこの印刻のすべて又は選択された部分を反復することを選ぶことができる。

図１２は、レーザ印刻プロセスのための制御システムの動作の流れ図を示す。制御システム内のソフトウェアモジュールが、レーザシステム条件を検知する割込みを生成することができ、又これらの条件１２１に基づいて自動的に動作を開始することができる。レーザシステム検知モジュール１２１に対する入力には、緊急停止１２２、レーザ準備完了１２３、機械的リミット到達１２４及び扉開放１２５が含まれる。当然のことながら、その他の条件も、この検知モジュール１２１により検知及び制御することができる。

操作者がレーザ印刻システムの主要な機能性をアクセスし制御することができるようにする主要インタフェイススクリーン１２６が具備されている。このインタフェクススクリーン１２６は最初にレーザのウォームアップ及びホームポジションでの位置決めを制御する１２７。宝石は、レーザ印刻システム内に挿入された後、ビデオモニタ上に表示された上図面及び側面図を基準にして心合せ状態に入るようすこしずつ移動させられる１２８。次に、印刻はキーボード１４８又はバーコード読取り装置１４９といった入力装置により入力又は編集され、印刻は上面図内の工作物との関係において位置決めされる。工作物がダイヤモンドのブルート加工されたガードルのような粗表面を有する場合、印刻の位置決めは側面図１３０の中で確認される。主計算機５２は、印刻パターン、例えば字体又はロゴの構造を規定するべく工作物のＸＹＺ位置決め１３１及びレーザ変調パターン１３２を規定することにより、印刻パターンを構成するレーザ印刻制御装置６０に対し指令を送る。印刻の全部又は一つの区分が作成された後、印刻は完全なものであることが確認され、その全部又は一部が必要に応じて反復され得る１３３。このとき印刻は完全なものとなり、新しい印刻の過程を開始させることができる１３４。

これに加えて、システムパラメータの調整１３５、動作システム診断１３６及び印刻データ要約報告１３７を可能にする保守の操作のモードも利用可能である。

印刻の仕様
印刻の長さは、文字及び間隔の寸法によって異なる。以下に示すのは、適切な寸法を表わす表である。
高さ（μｍ） 幅（μｍ） 間隔（μｍ）
大文字 ８０ ６０ ３０
中文字 ６０ ４５ ２５
小文字 ４０ ３０ ２０
極小文字 ２０ １５ １０
印刻の合計長＝文字数×（幅＋間隔）＋ロゴの長さ

システムは、約２mmの最大単一印刻長を収容する。平均１文字８０μｍ（間隔どりを含む）で、これはロゴ＋１４文字についての必要条件を網羅する２５文字を提供する。より長い印刻も、ダイヤモンドをとり外すことなく連続印刻によって実施することができる。この場合、利用可能な表面積以外、文字数の制限は全く無い。ロゴ＋１４文字は各々が、単一の印刻プロセスとして説明される。より多くの文字を印刻することにも通常全く問題はない。文字は英数字、線画、多言語字体、カスタムビットマップ又はその他の絵画的表示であってよく、完全にプログラミング可能であってもよい。

制御システムのソフトウェアは、いかなる数の印刻記号でも許容する。同様に、最初のものと連続的である又はそのように見えるように石を回転させること及び印刻の一区分を位置決めすることも容易である。印刻すべきライン幅及び表面積の限界内で、いかなる記号の寸法でも生成することができる。例えば、赤色ビームでは、記号の寸法の下限は３０ミクロン前後である。緑色ビームでは、記号サイズの下限は約１５〜２０ミクロンである。印刻の深さは約１００μｍより小である。

ライン幅（緑色ビーム）は、研磨されたガードル上で約９ミクロン未満であり、ブルート加工されたガードル上では約１２ミクロン未満である。システムは、標準タイプの赤色レーザで可能であるものよりも細かい印刻ラインを提供するために緑色レーザを利用する。システムの始動時間は、大部分がレーザの安定化時間で説明がつくおよそ１５分間であり、その後、計器は完全に作動状態となり、これはその他のレーザシステムにはない利点である。好適にはマーク形成方法においては、照射された区域はオーバーラップしてマークが連続するような外観を提供する。

レーザ出力端は約６００nm未満の出力波長を提供するのに必要である通りに周波数二倍器又は高調波発生器を伴って、約１２００〜２００nmの範囲内で提供されうるＱスイッチレーザとして具備される。好適にはレーザＩは、Ｑスイッチ固体状態ネオジムレーザ、例えば、５３０nmの出力を提供するべく周波数二倍器を伴い１．０６μｍで作動するレーザダイオードポンピング式Ｎｄ：ＹＬＦレーザである。

以上で記述したシステムに従って作動すると、印刻純時間（レーザ時間）は、研磨されたガードルについては２０秒未満、ブルート加工されたガードルについては約３５秒未満と見積られている。

研磨済みガードル上では、印刻は最初のパスの後で一般に満足のいくものである。一方ブルート加工されたガードルには、望ましいマーク形成を達成するため、表面の質に応じて多重のパスが必要とされ得る。時間効率を考えると、多重の走行は、付加的な走行を必要とするような文字上でのみ行なわれる。これらの文字はマウスでマーク形成をすることができる。当然のことながら、予め定められた基準又はビデオカメラからの光学的フィードバックに基づいて再ランを自動的に実行することもできる。

石の取付け及び取外しは、急速接続ソケットを伴うモジュール式ホルダー１４４を用いて行なわれ、従って、約２０〜３０秒で達成できる。残りの作業、例えば印刻のための最適な場所設定、塗装などは、オペレータの手作業技能に左右され、約３０〜４０秒を要する。従って、本発明に従った装置を用いると、１時間あたり４０個の石の処理量が可能である。

並進運動可能な台のシステム５０においては、直流無刷子電動機が使用される。これらは、標準型電動機駆動機構システムによって駆動される。Ｘ，Ｙの台は、ステージ位置の帰還のため線形エンコーダを利用し、一方Ｚの台は、らせん位置決め機構のための回転式エンコーダを利用する。

字体及び記号の能力
一そろいの文字が各システムに設けられることが可能であり、これは例えば、２６文字と１０数字、（ＴＭ）（トレードマーク），（ＳＭ）（シンボルマーク），登録商標及びロゴといったビジネス文字を含むＡＳＣII字体セットである。これらの字体の組は、例えばＢｏｒｌａｎｄから入手可能である。日本語及び／又はヘブライ語及びロゴのような付加的な字体も当然利用でき、例えば取外し可能な磁気媒体、スマートカードを用い又はデジタル遠隔通信により、システムに追加することができる。字体には、特性又は編集可能な文字が包含されていてもよく、かくして、文字識別コードによって表わされるラスタービットマップを完全に自由に規定することが可能になる。従って、マーク形成として、ライン又はビットマップにすることのできるあらゆる記号数字を包含させることが可能である。

印刻データは次の３つの方法で入力できる：
● 手動のもの。キーボード１４８から入力される英数字記号、及びロゴのライブラリから選択されるロゴ。
● 半自動のもの。バーコード１４９又はキーボード１４８からの英数字記号の一部分及び一連番号計数器により自動的に選択された記号の一部。
● 全自動のもの。バーコード又は類似のシステムからの１つの識別情報を入力した後、完全な印刻が生成される。

グラフィックビデオオーバーレイを用い、印刻位置及び寸法は容易に調整されることができる。
システム制御装置は同様に過剰／過小出力保護も提供する。レーザ出力が設定限界を上回ると、システムは作動を停止し、警告を発し、それによりダイヤモンド又は工作物に損傷を生じさせないことを保証する。

振動緩衝器１４１がレーザシステムフレーム１４０の基部に設けられる。したがって、システムの寸法がコンパクトであり構成要素が比較的小型であることから、フレーム１４０は、振動効果からの絶縁を提供するのに充分な剛性を有することが可能である。従って、厳格な管理又は能動的振動緩衝器のような特別な措置を講ずることなく、通常の室温であらゆる通常の事務所環境内での作動が可能である。

計算機５２は「ＰＣ」形式（パーソナルコンピュータ形式）のものであり、一般に、レーザによる印刻システムの外被体１４２から隔離された外被体として設けられる。一般に、２本の電線５５が計算機制御装置６０をレーザシステムの外被体１４２に接続しており、これは運動の制御及びレーザ制御用の電線及びフレームのつかみ取り用の電線である。従ってユーザーは、スクリーン１５９とマウス１６１を伴うキーボード１６０を、もっとも適切な位置に配置する事ができる。

印刻の観察
システムには、以下の通り、ビデオスクリーン上で全印刻プロセスを効果的に見るため、照明及び濾波システムを伴う２つの高解像度小型ＣＣＤカメラが含まれている。

ロゴを伴う完全な印刻は、印刻の長さ、文字の高さを対話式に変更し、印刻全体を除去及び心合せする能力をユーザーに提供するガードル１２の垂直に向けられたカメラ２８からの画像の上に投映される。ガードル１２の区域は、ユーザーによりマウス１６１を用いて輪郭どりされたり又は計算機システム５２内の画像分析により自動的に決定され得る。

したがって操作者は、マーク形成前に印刻を観察し、マーク形成プロセス自体を観察し、その後結果を観察して印刻が完全か否かを決定することができる。保護用外被１４２は、散乱放射が操作者の目に届かないようにしている。反射されたレーザのエネルギからのビデオカメラに対する損傷を防ぐため、フィルタ等を具備することもできる。

操作者には完全な位置決め制御、及びレーザ作動前の承認を可能にする印刻が提供されている。スクリーン上のカーソルは、印刻の心出しを助ける。システムには又、ガードル１２プロフィールのマッピング及びテーブルの観察のためのサイドカメラ３２も設けられている。

操作者は、プロフィール上に必要なだけの数の点をマークし、システムが次に自動的に調整（Ｚ軸焦点場所）を行なってマーク形成中にガードルプロフィールに適合させることができるようにする。自動の印刻深さ制御が望まれない場合、手動のオーバーライドも提供される。

側部のカメラ３２は、宝石１１のガードル１２の位置の精確な決定を可能にし、かくしてレーザ１を高精度で宝石１１の表面上に集束させることができるようになっている。より深い部分を損傷したり又は印刻のまわりに望ましくない熱応力効果を生成することなく、宝石１１の小さい表面部分を有効に切削する目的で、レーザ１には例えば約３０μｍといった非常に狭い被写界深度を有する。その上、小さい被写界深度は、比較的低出力のレーザ１から最大限の出力密度を得るために必要とされる。したがって、コントラスト及び縁部鮮鋭度を最大限にすることによって焦点を達成するべく、縦断面図無しで上面図のみを用いて集束しようとすることによって、ユーザーの自由裁量が求められ、精度は制御される。これとは対照的に、側面図を提供することにより、石のプロフィールは予め定められた焦平面と心合せされ、約±７μｍの精度が確保される。実際には、２００倍の倍率で±７μｍはビデオ撮像カメラの±２画素に対応する。かくして、レーザ１の正確な焦平面を経験的に決定した後、この平面を制御システム内の基準として提供することができ、工作物を望ましい場所まで比較的容易に手動又は自動で移動させることができる。基準は、例えば、工作物のＺ軸ビデオ画像を表示する計算機のモニタ上に１本のラインとして現われる可能性がある。操作者は、画像中の工作物１１のプロフィールが基準線に接するまでＺ軸制御装置を微動させる。

例えば出荷中の振動及び／又は衝撃は、工作物マウント１４４との関係においてレーザの焦平面を変える可能性がある。この場合、次に制御装置内の適正な基準を提供するのに用いられることになる正確な焦平面を再度決定するために、単純な「試行錯誤」又は経験的検討が行なわれる。この較正検討は例えば、Ｘ−Ｙ平面内の連続的位置における異なるＺ軸位置といった異なる条件下で連続した切削が行なわれる比較的安価なダイヤモンド又はその他の材料の供試体について、実施することができる。一連の切削の後、供試体は、例えば最小のスポットの寸法のような方向づけの最適の条件を決定するために検査される。次いで、方向づけの最適の条件は、焦平面、したがって較正された基準平面を決定するために用いられる。

ユーザーは、文字の寸法の決定を完全に制御することができる。カーソルがひとたびガードルの上に置かれると（ガードル寸法に従って）、計算機は、ユーザーが変更できる第１の選択肢を表示することになる。

工作物表面上にレーザを集束させるために、電動式のＺ軸が具備される。このＺ軸は計算機制御され、計算機化された数値制御装置（ＣＮＣ）に対する直接的位置入力で計算機のキーボード制御装置を用いて操作者がダイヤモンド１３のガードル１２上へ焦点合せすることを可能にする。ガードルのプロフィールはガードルの表面に対する直交図を基準にして決定され、従ってＺ軸は各座標について制御され得る。例えば、装飾的な形状をもつ石上への長い印刻がセグメントに分けられた印刻の使用を必要とする場合に、焦点合せのため手動のマイクロメータねじを使うシステムを具備することもできる。

レーザ出力、Ｑスイッチ周波数及び印刻速度を含む印刻プロセスのパラメータは、基板と異なる表面品質の間の切替えを行なう時点でのレーザの材料の相互作用の最適化のために制御することができる。したがって、本発明は、工作物の望ましい印刻及び特徴に基づく変動する切削のシーケンスの実施を可能にする。しばしば起こることであるが、工作物の特徴はわかっており、バーコード、磁気ストリップ、手動式打鍵、データベース検索又はその他の方法によって、制御システムへと入力される。しかしながら、本発明によるシステムは、工作物の特徴又は特徴の組を独自で決定するためのシステムを包含することが可能であり、入力又は決定された特徴及び結果としてもたらされる望ましい印刻に基づき印刻プロセスを実行する。同様にして、印刻が予め存在している場合、本発明によるシステムは、存在する印刻を分析し、修正した印刻を生成することができる。かくして、当該印刻方法に従った特長が望まれる場合、これらの特長を、既知の印刻上に重ね合わせるか又はこれに付加することができる。さらに、当該方法に従って、例えば保証及び認証を目的とし、修正を加えることなく、古い印刻を分析及び記憶することができる。

ソフトウェア
種々のシステム構成要素を支援するウインドウズ９５（登録商標）又はウインドウズＮＴ（登録商標）、マッキントッシュ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）の派生物、Ｘ−ターミナル又はその他のオペレーティングシステムを使用することができるが、計算機の制御装置は、好適にはウインドウズの環境内において動作する。光学的フィードバックシステム及び印刻機能のプレビューは、グラフィック・ユーザー・インターフェースを使用する事が好ましい。

電源パネルにより設定されるレーザパルスの出力及びパルス周波数を除き、機械の特性のすべては一般的にソフトウェアにより制御される。もちろん、レーザ制御システムは、計算機制御により完全に自動化されることが可能であり、その場合にパルス出力Ｑスイッチ周波数及び印刻速度に対するソフトウェア制御が可能になる。

好適にはグラフィックユーザーインターフェイスのシステムであるソフトウェアとの相互作用のためのユーザーによる制御及び入力は、一般にマウス１６１及びキーボード１６０を介して実行される。工作物情報のデータ入力は、マイクロホン、光学又はバーコードスキャナ、宝石特徴のセンサ、磁気ディスク又はストライプ又はその他の既知の入力装置のようなその他の入力装置を使用することができる。

ソフトウェアは、個々の印刻の手順又は印刻の数に基づいて、希望される仕様及びフォーマットに従い、種々の報告書を作成することができる。ソフトウェアはまた、工作物の画像と共に、偽造防止及び不正防止の特性をもつ真正性証明書を作成することに使用されることもできる。

ＣＣＤ画像を通して得られる画像は、例えば、磁気ディスク又は光学媒体上に記憶することができ、又局所的及び遠隔式に記憶することもできる。このような記憶は、工作物の識別及び目録作成を行い又はシステムの作動を保証するためには有用である。

計算機はまた、標準的な計算機の回路網及び通信のシステムを有することが可能である。例えば、局所的部域の回路網上で通信するためにはＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信リンクＩＥＥＥ ８０２．３を使用することが可能である。中央データベースとの通信は、例えばＶ．３４ ＩＳＤＮ、フレームリレー、インターネット（ＴＣＰ／ＩＰを用いる）といった標準のアナログのモデムを用いて電話回線上で、またはその他の形式の私設回路網を通して行なうことができる。好適には、データは、特に、非秘密の公衆通信チャンネルで伝送されるときは、暗号化される。

ロゴ及び図形の作成のために、ロゴ及び図形編集装置も具備される。字体の文字ラスタ画像を編集するため、字体編集装置が提供される。各コードに対応するラスター画像はプログラム可能であるか又は修正可能であることから、複雑な記号は、記号が字体文字としていったん規定されると、文字や数字と同様に容易に印刻されることが可能である。本発明の１つの態様によれば図形の絵画的な画像が石に彫刻され、それにより石が美術作品にされる。絵画的な画像は各々の石について同一のものまたは異なるものであることが可能であり、又コード化された情報を包含することが可能である。ロゴは、文字に比べ大きく潜在的により高いドット密度を伴うという点で、文字と異なっている可能性がある。かくして、文字は一般にラスタのビットマップとして規定され、一方、ロゴは、望ましい外観を得るためさらに最適化されるか又はレーザ制御されることが可能である。

石の装着
装着は、図７〜図１１に示されているように取外し可能なホルダー１１８によって、フレーム１４０との関係において固定した位置に保持される固定ベースを包含している。ホルダー１１８は、ダイヤモンドの方向性を変えることなく固定ベースから容易に取外し又は取出しすることができる。異なる寸法の石に対して種々のホルダーが利用可能である状態で、機械上で処理すべきダイヤモンドの寸法に基づいて１つのホルダー１１８が選択される。ダイヤモンドはホルダー内に容易に位置決めでき又そこからとり出すことができ、さらにカメラに面するようガードルの正しい部分をもってくるように外部的に調整することができる。

ダイヤモンドのホルダーは、ダイヤモンド産業において知られる標準のホルダーに基づく。ダイヤモンドの中心は、ダイヤモンドの寸法に適合する凹状の凹所内に位置する。バネ式金属片１１０は、台がホルダー１１８の軸に対して平行であることを確認しながら、テーブルに押しつけられてダイヤモンドをポット１０８の中に確実に保持する。ガードル平面がテーブルに対し平行でないか又はガードル表面がダイヤモンドの対称軸に対して平行でない場合、ホルダーは２つの調整ノブ１０５，１１７を提供して、これらのケースを補正し、ビデオスクリーン１５９上のビデオカメラ２８を通して見たとき、ガードル１２は水平でかつ関連する表面全体が焦点の合った状態となるようにする。さらに、ホルダー１１８内のダイヤモンド１３の粗回転１０６及び精密回転１０４についての調整も存在する。従ってダイヤモンド１３の中心軸のまわりの回転は手動で達成されるが、自動化された又は機械式の回転も同様に可能である。粗調整１０６は１６の回転段階を有し、一方微調整１０４は連続的である。

ホルダー１１８内のダイヤモンドの上述の調整は全て、印刻装置の外側で行なうことができ、従ってダイヤモンドは、機械内に挿入する前に予備心合せされ得る。ホルダー１１８は、機械の中に挿入される間に、片手で調整ノブ全てにアクセスできるような形で設計されている。可視のスクリーン１５９上のフィードバックによる補正は、容易に達成されることができる。

ユーザーには、制御可能な強度の照明の援助の或る範囲が与えられる。例えば、レーザ軸は、垂直方向（Ｚ軸）カメラ２８内で研磨済みガードル１２を見るのに役立つ赤色ＬＥＤ２０で照明される。工作物１１の形状と背景の間の高度の対照を実現するため、３つの側面から工作物１１を照明するＬＥＤの３つの群３０が、顕微鏡の対物レンズ１０のまわりに設けられる。各々の側面照明群３０は、例えば３つのＬＥＤを有することが可能である。さらに、底面から工作物１１を照明するため、２つの小型放電灯４０が設けられる。この比較的低い照明は、垂直方向（Ｚ軸）カメラ２８内のダイヤモンド１３のブルート加工されたガードル１２を観察すること等に有用である。

完全なホルダー１１８は機械の中に容易に挿入される。機械内には、１つのスロットを伴う固定ベースが存在する。ホルダー１１８のスライダ１１６は、クレジットカード又はカセットテープの態様でスロット内に滑り込まされ、精密な停止位置へ到達する。バネ式の先端ボール型プランジャが滑動動作を容易にし、対抗的に凹入した凹部１０３に係合することにより、機械が作動しているときにホルダーが運動しないようにする。ホルダー１１８は、とり出され、再び挿入しなおされ、ダイヤモンド１３が以前と同じ場所へ復帰するようにされることができる。

ホルダー１１８の一般的構造は図７〜図１２に示される。操作者は片手、通常は左手でユニットを保持し、ホルダーをスロット内に挿入することができる。同じ手で、操作者は、ビデオスクリーンを監視し、右手でマウス又はキーボードを操作しながら全ての調整を行なうことができる。スロット内のホルダー１８の位置は明確であり、ホルダーを取出しダイヤモンド１３及びホルダー１１８が同じ位置に戻る形で、再度挿入することができる。取出された時点で、ホルダー１１８は、それがスライダ１１６によってなおも支持されかつ石が機械から外４０mmのところにある「外」の位置を有する。この位置で、ユーザーがユニットを片手で支持する必要なく、石をインクづけ、点検、清浄化等されることができる。

石１１は、ホルダー１１８により位置ぎめされ、中心軸が水平でレーザビームに対し垂直であるよう装着されている。ホルダー１１８は鋼で作られる。接触の点は、ダイヤモンドの中心を支持する凹状カップ１０８と、ホルダー１１８の対称軸に対するテーブルの平行性を確保する態様でカップ１０８に向いテーブルを押しレーザビームとの関係において適正な位置ぎめを確保する条帯１１０である。好適な配置においては、ダイヤモンド１３の寸法の１つの範囲をカバーするため、ホルダー１１８の３つの寸法が提供される。ホルダー１１８は、中心とテーブルをもつ任意の石を支持することができる。さらに、ホルダーはまた、特殊の装飾的な形状を収容するよう設計されることも可能である。

一般に、セットアップ時間を印刻時間とほぼ等しくし、それにより機械が常に印刻を行なうに忙しい状態になることが望ましい。従って、セットアップで時間をさらに改善しても処理量が改善されることはない。従って、石ホルダーの１組が設けられる。ユーザーには、いつでも印刻できる状態にあるホルダーが充分に具備され、このことはすなわち、機械がほぼ連続的に印刻していることを意味する。手順は以下の通りである。

石はホルダー上で予め心合せされている。操作者は、印刻を完了した時点で、印刻済みの石を伴うホルダーを除去し、印刻すべき石を伴う準備済みホルダーを挿入する。ダイヤモンド又はホルダーについて微細な調整が必要とされる可能性があるが、このことは、ビデオ撮像システムの案内の下に遂行されることが可能である。さらに、操作者は、印刻の入力又は規定も行なわなくてはならない。その後、印刻が開始される。印刻プロセス中、操作者は、以前に使用されたホルダーから石をとり除き、再使用できるようにする。一般に、印刻システムが常に忙しい、すなわち印刻作業が完了したとき準備完了の１つのホルダーが常に存在することを保証するためには、多数のホルダーは必要とされない。一人の操作者の生産性が最大限である場合、第２の操作者がホルダー内への石の取付け及び／又は印刻プロセスの規定を補助することができる。

取付けられた石は、印刻プロセスが起こるためにガードル１２の幾つかが露呈されなくてはならないという事実に応じた設計をもつホルダー１１９によって保持されている。かくして、「トリガ」１１２を押すことによって開閉できる３つの細かい「爪」１２０がホルダー１１９に具備されている。爪１２０は、閉位置でバネの負荷を受けている。爪１２０はガードル１２のまわり（はめ込み台の先端の間）をつかみ、トリガ１１２の解放時点で平坦な表面１３８に対しテーブルを押しつける。平坦な表面１３８は、宝石の中心軸に対し垂直である。ホルダー１１９はこのようにして、宝石１１が確実に心出しされしっかりと保持されるようにし、石が印刻のための望ましい場所まで回転され得るようにする。

装着された石はまだ装着されない石とは反対の態様で保持されるから、印刻方向は、好適には、反転される。この反転は、例えば、制御ソフトウェアのなかで遂行される。この場合、印刻は反転され得、印刻プロセスは「開始」から開始させらるか、又は印刻は逆の順序で行なわれる。人間の操作者によるその後の印刻プロセスを容易にするため、印刻は好適には「開始」から進められ、逆転は、グラフィックユーザーインターフェイスのシステムのスクリーンの「ボタン」として選択される。さらに、石の処理されたビデオの画像もまた選択的に反転されることが可能であり、それにより装着及び非装着の印刻操作の期間における処理される画像における石の見かけの方向づけは同じである。

操作者はつねに、レーザ作業の前にプロセスに「ＯＫ」を出す。操作者は、テキストスクリーン上又は直接ガードル上のビデオ上に完全な印刻を見る。

印刻が完了した時点で、操作者は印刻が成功したか否かを（清浄化の前でさえ）判断することができる。清浄化の後においてさえ、石がホルダー内に存在を続ける限り、正確に同じ位置への復帰が行なわれる。操作者は、希望する回数だけ、印刻全体又はその一部を反復することを選択することができる。印刻の確認はホルダーからのダイヤモンドの取出しに先立って行なわれ、必要であらばプロセスを反復して行なうことができる。印刻は、石からインク／黒鉛を清浄化する前であっても、ビデオスクリーン上に明瞭に見ることができる。好適な２００倍の倍率の場合についても、印刻は、スクリーン上で完全に観察可能ではないようにするには、極めて長いものであらねばならぬ。

認証
工作物がマークを有する場合には、例えば図１６に示される流れ図に従って、マークが真正なものであるか否かを決定することが希望される可能性がある。工作物は、その上に存在するマークを読みとるよう拡大して観察される１８１。認証プロセスは少なくとも２つの選択肢を提供する。第１に、マークを暗号化し、それにしたがい、キー１８３、例えば公開キーを用いて処理が行なわれる。石の実際の特徴が暗号化されメッセージを形成する場合は、復号化されたメッセージが工作物１８４の実際の特徴と比較される。したがって、真正性を決定することが可能である。代替として、マークが工作物を識別するコードを含み、データベースから工作物に関する情報の検索が許容されるようにすることが可能である。このようにしてデータベースは特徴の情報を記憶している。

図１６に示される第２の実施例においては、認証プロセスには遠隔システムが関与している。従って、マークは中央システムへと伝送される１８２。工作物の特徴は、読取り又は抽出され１８５、同じく中央システムまで伝送される１８６。次に、中央システムは、例えばマーク形成された工作物の特徴の記憶済みデータベースに対し、マーク形成及び特徴を認証する１８７。その後、認証結果は遠隔サイトに伝送される１８９。

暗号化
図１６に示され、さらに詳細が図２０で拡大されている、ダイヤモンド２００は、幾つかの識別及び安全保障用の特徴を有する。例えば、ダイヤモンド２００は、重さ０．７８カラット、等級ＶＳ２で２つの識別されたきず２０７を有する、色Ｆの石である。ダイヤモンド２００は、ガードル２０１上に印刻された１組のマークを有する。このマークは、文字として形成された「ＬＫＩ」ロゴ、商標登録の記号２０３、アラビア数字での通し番号２０４，１次元バーコード２０５，２次元コード２０６、可視の寸法の基準２０９の一組及び規定される場所をもつ単一の切削のスポット２０８，２１０を包含する。たいていの目的のためには、ロゴは一連のマークを識別し、一方、通し番号はダイヤモンド２００を識別するために用いられる。追加の情報をコード化するために、可視的バーコード２０５は、例えば、２進情報がコード化されダイヤモンド２００から検索されることが可能である。２次元コードは一般に読取り用の機械を必要とし、高密度データコード化を可能にする。可視的寸法基準２０９は距離を測定するために焦点板を使用できるようにし、ダイヤモンド２００を独特に規定するのに用いることのできるダイヤモンド２００の付加的な特徴を提供する。単一のアブ切削のスポット２０８，２１０はさほど可視的でなく、従って探索のためのキーを必要とする可能性がある。換言すれば、これらのスポットの認証には、ダイヤモンド２００の検査による確認を伴う。それらの場所の伝送が必要となる可能性がある。例えば、マーク２１０は、片方又は両方のきず２０７に対して規定された物理的関係を有し、そのため複製はきわめて困難になっている。

図１８は、単純な２進変調を伴う、標準的な２次元コードをより詳細に示す。かくして、座標２１１，２１２の場所における切削の存在２１３又は不存在２１４はデータのパターンを規定する。一方、図１９はより複雑なコードを示す。この場合、切削は不連続的に間隔どりされているか又は部分的に重なり合っており、それにより各スポット２２３の輪郭又は部分的輪郭が識別されることが可能である。推計学的なプロセスにより、１つの切削の中心２２４の実際の配置又はその輪郭は変動する可能性がある。しかし、適用される変調のパターンは、雑音に比べ振幅においてより大であることが可能であり、又は、差動的コード化技術が用いられ、雑音が補償されることが可能である。したがって、一般的に座標２２１，２２２上のスポット２２３の列は、パターン２２５に従い変調された正確な位置２２５をもって、位置ぎめされる。この場合に、変調のスキームを知っていないと、コードを読むのは困難である可能性があり、したがってコードを複製することが困難になる。さらに、雑音の振幅が見かけの信号の振幅に近いものである限り、複製のシステムは極めて高い精度を必要とする可能性がある。

このように、本明細書には、レーザによる工作物のマーク形成のシステム及び関連するデータベースの新規の概念及び新規の観点が示され記述され、これらは目的及び求められる利点のすべてを満たすものである。しかし、発明の好適な実施例を開示する明細書及び添付の図面を考慮した後に、発明の多くの変化、修飾、変形、組合せ、副次的な組合せ、及びその他の用途及び応用であって発明の精神及び範囲を逸脱しないものは、本発明によりカバーされるとみられ、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであることが、当業者に明らかになるであろう。

本発明によるシステムのレーザの光の経路の線図である。 本発明による頂部の照明及び撮像のシステムの線図である。 本発明による側部の照明及び撮像のシステムの線図である。 本発明による底面の照明のシステムの線図である。 本発明による台の位置ぎめのシステム及び制御装置のブロック線図である。 従来技術のビームステアリングのシステムの線図である。 本発明による工作物取付けのシステムの１つの図解のための図である。 図７と同様な図解のための図である。 図７と同様な図解のための図である。 図７と同様な図解のための図である。 図７と同様な図解のための図である。 本発明の第１の実施例によるシステムの作動を示す流れ図である。 本発明の第１の実施例による装置のブロック線図である。 本発明の第２の実施例による装置のブロック線図である。 本発明による自動のマーク形成のルーチンを示す流れ図である。 本発明による認証のシーケンスを示す流れ図である。 本発明におけるマーク形成済みダイヤモンドを示す図である。 本発明における２次元マーク形成のパターンを示す図である。 本発明における変調されたドット配置のコード化スキームを示す図である。 本発明におけるマーク形成されたダイヤモンドの詳細を示す図である。 コーナーの振動緩衝器を示す取付けフレームの半概略図である。

符号の説明

１ レーザ
２ ビーム
３ フィルタ
４ 濾波されたレーザビーム
５ ビーム拡大器
６ 拡大されたビーム
７ フィルタ
８ ダイクロイックミラー
９ 濾波されたビーム
１０ 顕微鏡対物レンズ
１１ 工作物
１２ ガードル
１３ ダイヤモンド
２０ 発光ダイオード
２１ コリメート用レンズ
２２ コリメートされた照明ビーム
２３ ビーム分割器
２４ 反射鏡
２５ 反射されコリメートされた照明ビーム
２７ 反射された照明ビーム
２８ 頂部ＣＣＤカメラ
２９ 映像
３０ 発光ダイオード
３１ 照明
３２ 側部ＣＣＤカメラ
３３ ダブレットレンズ
３４ 窓
３５ 映像

Claims (5)

1. レーザエネルギ源；
   取付けられた被加工物に対して光学的アクセスを可能にする、被加工物取付け装置；
   前記レーザエネルギ源からのレーザエネルギを前記被加工物上に集束する光学装置；
   前記集束されたレーザエネルギを前記被加工物の所望の部分上に指向させるための相対的位置決め装置であって、制御入力端子を有する相対的位置決め装置；および
   前記光学装置の焦点面と前記被加工物の表面との間の関係を自動的に決定するための電子的撮像装置であって、複数の角度から前記被加工物を観測可能である、電子的撮像装置；
   を備え、
   前記被加工物取付け装置と前記光学装置は操作中の外部振動による整列のずれに抵抗するために剛性フレームによって固定された関係を維持するものである、被加工物のためのレーザエネルギ微小印刻システム。
2. レーザエネルギ源；
   取付けられた被加工物に対して光学的アクセスを可能にする、被加工物取付け装置；
   前記レーザエネルギ源からのレーザエネルギを前記被加工物上に集束する光学装置；
   前記光学装置の焦点面と前記被加工物の表面との間の関係を自動的に決定するための電子的撮像装置であって、複数の角度から前記被加工物を観測可能である、電子的撮像装置；および
   制御入力端子を有し、前記レーザの焦点面を前記被加工物の前記表面に整列させかつ前記集束されたレーザエネルギを前記被加工物の表面の所望部分上に指向させるための相対的位置決め装置；および
   前記レーザエネルギ源、前記光学装置および前記取付け装置を固定された関係において支持する剛性フレーム；
   を備える、被加工物のためのレーザエネルギ微小印刻システム。
3. レーザエネルギ源；
   取付けられた宝石に対して光学的アクセスを可能にする、宝石取付け装置；
   前記レーザエネルギ源からのレーザエネルギを前記宝石上に集束しその上に切削パターンを形成する光学装置；
   制御入力端子を有し、前記集束されたレーザエネルギを前記宝石の所望の部分上に指向させるためのレーザエネルギ指向手段；
   前記光学装置の焦点面と前記宝石の表面との間の関係を自動的に決定するための電子的撮像装置であって、複数の角度から前記宝石を観測可能である、電子的撮像装置；
   マーク形成指令を受信するための入力端子；
   前記マーク形成指令および前記撮像装置に基づいて前記指向手段を制御し、前記指令および予め決められたプログラムに基づいて選択的にマークを生成するためのプロセッサ；および
   前記レーザエネルギ源、前記光学装置および前記取付け装置の差動的な移動に抵抗し、振動による整合ずれに対する免除を増加させるために、前記レーザエネルギ源、前記光学装置および前記取付け装置を固定された関係において支持する剛性フレーム；
   を備える、レーザエネルギ宝石微小印刻システム。
4. 宝石への光学的アクセスを許してシステム上に宝石を取付け；
   レーザエネルギ源からのレーザエネルギを光学装置によって取付けられた宝石上に集束させ；
   少なくとも電子的撮像装置の出力に基づいて前記集束されたレーザエネルギが宝石上にマークを形成するために前記宝石上の所望の位置に来るように、前記光学装置の焦点を前記宝石取付けシステムに対して相対的に位置決めし直し；さらに
   前記レーザエネルギ源、前記光学装置および前記取付けられた宝石の相違する動きに対して抵抗しかつ振動による整列のずれに対する免除を増加させるために、前記レーザエネルギ源、光学装置および取付けられた宝石を剛性フレーム内に一定の関係で固定的に支持する；各ステップを備え、
   前記電子的撮像装置は、前記光学装置の焦点面と前記宝石の表面との間の関係を自動的に決定するために複数の角度から前記宝石を観測可能である、レーザエネルギを用いた宝石被加工物の微小印刻方法。
5. （ａ）集束されたエネルギビーム源を提供し；
   （ｂ）対象物に対して取付け台を提供し；
   （ｃ）微小印刻の所望の精細さを超える振幅を有する環境的振動が微小印刻の精細さを実質的に劣化させないように、共通モードの振動を抑制しかつ差動モードの信号を抑制するための十分な剛性を有する共通のフレーム内に、集束されたエネルギビーム源と取付け台を結合し；さらに
   （ｄ）少なくとも電子的撮像装置の出力に基づいて微小印刻パターンを形成するために、集束エネルギビーム源の焦点に対して対象物を順次位置決めし直しかつエネルギビームを活性化する；各ステップを備え、
   前記電子的撮像装置は、前記光学装置の焦点面と前記宝石の表面との間の関係を自動的に決定するために複数の角度から前記宝石を観測可能である、微小印刻の所望の精細さを超える振幅を有する振動を受ける環境内で実施される、対象物上にメッセージを精細に微小印刻するための方法。

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