JP2007248448A - 真珠や宝石の内部構造検査方法及び内部構造検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真珠の内部構造を、非破壊的に検出する。
【解決手段】真珠や宝石など装飾品の内部構造を検査する方法において、分光器によって低コヒーレンス光源から発生した光が第１ビームと第２ビームに分光され、第１ビームと第２ビームはそれぞれ測定対象品を固定するサンプルアームと光学的距離を変化させて、光を反射することのできる参照用アームに投射する工程と、参照用アームからの反射光及びサンプルアームの測定対象品からの反射光とを干渉させ、干渉信号を発生させるように光学的距離を調整する工程と、干渉信号を電気信号に変換し、その電気信号を信号分析器に転送することおよび参照用アームの光学的距離を変えながら、測定対象品の深さ方におけるの一次元の反射光の強信号を得ることを含む信号交換工程と、測定対象品に対してスキャンを行い、測定対象品の二次元的な内部構造を示す光学的な断層画像を得るスキャン工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真珠や宝石の内部構造検査方法及び内部構造検査装置に関する。特に本発明は、非接触式真珠や宝石の内部構造の検査方法及び内部構造検査装置に関する。

真珠や宝石の内部構造の検査方法、特に非透明或いは半透明な真珠や宝石の内部構造検査方法は、長い間、真珠や宝石の検査分野において解決すべき問題のひとつとなっている。従来における真珠や宝石の内部構造を検査する方法としては、比較法、Ｘ線法を代表とする間接検査法、及び仲裁法を代表とする直接測定法などが挙げられる。

例えば、真珠のコーティングの厚さ計測においては、養殖真珠の等級国家標準ＧＢ／T18781−2002に基づいて、真珠層コーティングの厚みによって養殖真珠を五つのランクに分けることができる。具体的には、極厚い、厚い、中等厚い、薄い、極薄い、といったように５つの等級にわけることができる。主な真珠層コーティングの厚さの測定方法としては、以下の３つの方法が挙げられる。

１．比較法である。比較法は、真珠層の厚さのわかっている標準サンプルを基準として、強光照明灯または光ファイバ照明灯によって照明して、１０倍拡大鏡または宝石顕微鏡に検査対象品を設置して、標準サンプルと比較しながら、検査対象品における真珠層の厚みの等級を定める方法である。

２．Ｘ線撮影法である。Ｘ線撮影法は、真珠の珠層の厚みを測ったサンプルを標準として検査対象品と標準サンプルを共にＸ線光機撮影台に置きＸ線透過比較写真を写し、写真によって比較することにより、検査対象品の真珠層の厚さを確認する方法である。

３．直接測定法（仲裁法）である。直接測定法は、検査対象品を真ん中より切り開け、平らに研磨して顕微鏡によって真珠層の厚さを測り、少なくとも真珠層の最大厚さと最小厚さを３つずつ測定し、それらの平均値を求めて、真珠層の厚さ等級を定める方法である。

上述した技術のうち、１と２の方法は、間接測定法であるため、真珠層の厚さの正確な値を得ることが出来ない。３の方法は、破壊測定方法であるため、検査対象品を破壊しなければ測定できない方法である。

よって、現時点では、直接測定法でありかつ非破壊的に真珠や宝石の内部構造を測定する非接触式測定方法がまだ開発されていないといえる。

本発明は、上記の課題を解決できる光学干渉原理に基づく光電変換、信号収集、及びスキャン技術を利用する真珠や宝石の内部構造に対する検査方法を提供することを本発明の第１の目的とする。

上記目的を達成するため、真珠や宝石の内部構造を検査する方法において、
ａ．分光部によって低コヒーレンス光源から発生した光を第１ビームおよび第２ビームに分光し、前記第１ビームと第２ビームは、それぞれ測定対象品を固定するサンプルアームと、光学的距離を変えながら光を反射することができる参照用アームとに投射する工程と、
ｂ．前記参照用アームからの反射光を、サンプルアームの測定対象品からの反射光と干渉させるように光学的距離を調整する工程と、
ｃ．干渉信号を電気信号に変換し、その電気信号を信号分析器に転送して、参照用アームの光学的距離を変化させながら、測定対象品の深さ方向に一次元の反射光の強信号を得る信号交換工程と、
ｄ．測定対象品に対してスキャンを行い、前記測定対象品の二次元的な内部構造を示す光学的な断層画像を得るスキャン工程と、
を有する検査方法である。

本発明においては、光学干渉の原理に基づいて、真珠や宝石類の内部の後方散乱光を参照光と干渉させ、干渉信号を検出することにより真珠や宝石類の内部構造を決定する。同時に本発明によれば、スキャンによって、直視できる内部構造の画像を得ることができる。

本発明では、上記真珠や宝石の内部構造を検査する装置を提供することを他の目的とする。宝石の内部構造検査装置は、光源、分光器、参照用アームミラー、光電検出器、信号処理分析器、参照用アームミラーのスキャン装置、及びサンプルアーム光ビームのスキャン装置を含む。

このような真珠や宝石の内部構造検査装置において、光源は分光器の入力端と光学的に接続され、分光器の２つの出力端は参照用アームミラー及び検査対象品に光学的に接続され、分光器の干渉光出力端は光電検出器に光学的に接続され、光電検出器の出力端は電気信号処理アナライザに接続されていることが好ましい。

前記光源は、低コヒーレンス光源として、そのコヒーレンス長は０．５μｍ〜１ｃｍの範囲内にある。例えば、前記光源としての発光素子は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、可視光源、または赤外線光源などであることが好ましい。参照用アームミラーのスキャンにより発生した光学的距離の変化と変調は、電動平行移動ステージの駆動または光学スキャナーの利用によって実現されることができる。

本発明は光学干渉原理を利用して、真珠や宝石内部の非常に弱い後方散乱光を、相対的に強い参照光と干渉させ、その干渉信号を検出することにより、真珠や宝石の内部構造を検出することができる。これにより、検出信号Ｓ／Ｎ比と感度を大幅に改善することができる。

本発明では、光学方法を利用して、真珠や宝石の内部画像を作成するために非接触、無損傷、解像度の高い非破壊検査方法である。

本検出装置は、光ファイバで干渉信号を転送する光ファイバ干渉技術を利用することができることから、環境光、電磁波等の妨害要因に影響を受けにくく、持ち運び可能でフレキシビリティに富んでいるため、容易に現地に使用することができる。

以下、図面を参照しつつ、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

本発明の一実施形態に係る真珠や宝石の内部構造の検査方法は以下の実施形態によって実現できる。

光学マイケルソン干渉計を準備する。光学マイケルソン干渉計において、光源から出射する光は、分光器によって参照用アームのための光ビームと、サンプルアームのための光ビームとの２つのビームに分けられる。その参照用アームのための光ビームは、ミラーへ出射し、サンプルアームの光ビームは、検査対象品に出射される。参照用アームのミラーが走査されると、光学的距離が変化して連続的に変調する。これにより、真珠や宝石の内部の各々異なる深さからの後方散乱光と、参照用アームからの反射光とが、分光器に屈折して積み重なることによって干渉を発生し、干渉光信号が生成される。前記干渉光信号が分光器から出射された後、光電検出器はそれを受信し、干渉光の電気信号に変換する。信号処理分析器は、前記干渉光の電気信号を受信して、増幅して、その後処理する。その後の処理においては、真珠や宝石の内部に深さ方向の一次元の反射光の強信号が得られ、さらに真珠や宝石の内部構造を検出することができる。サンプルアームの光ビームによって検査対象品をスキャンした後、真珠や宝石の内部構造である二次元の光学断層画像を得ることができる。

本発明に係る真珠や宝石の内部構造検査装置は以下の実施形態によって実現できる。

図１に示すように、光源ユニット１、分光器２、参照用アームミラー３、光電検出器５、信号処理分析器６、参照用アームミラーのスキャン装置７、及びサンプルアーム光ビームのスキャン装置８を備える真珠や宝石の内部構造検査装置において、光源ユニット１と分光器２の入力端の間、分光器２の２つの出力端と参照用アームミラー３および検査対象品の真珠や宝石４の間、ならびに分光器２の干渉光出力端と光電検出器５の間のすべてにおいて光学的に接続するようにし、光電検出器５の出力端を信号処理分析器６に接続する。

または、前記光源ユニット１は、低コヒーレンス光源であり、その干渉長さは０．５μｍ〜１ｃｍの範囲内にある。また光源ユニット１は、発光素子とそのドライバ回路を備え、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、或いは赤外線発光スコープなどを用いることが好ましい。

分光器２は、分光プリズム、ミラー型分光器、または光ファイバ結合器などを採用することが好ましい。

図２に示すように、この実施形態にかかる光源ユニット１は発光素子とそのドライバ回路とを備え、発光素子としては、波長１３１０ｎｍ、パワー５ｍＷの光ファイバ結合スーパールミネッセントダイオードを用い、光源ドライバ回路としては、オート電流コントロール（ＡＣＣ）回路からなる汎用定電流電源ドライバを用いる。分光器２は、分光比が５０％対５０％である２入力と２出力式の光ファイバ結合器を採用し、この光ファイバ結合器と接続する光ファイバ１２と１３のコリメーターは、勾配屈折レンズを用いる。前記２入力と２出力式の光ファイバ結合器の入力端はファイバ１１を介して光源ユニット１に接続されている。２入出力の光ファイバ結合器の２つの出力端は、コリメートされた２光ビームの光が光ファイバ１２と１３から参照用アームミラー３と検査対象品の真珠や宝石４に出射され、参照用アームミラー３からの反射光と検査対象品の真珠や宝石４の後方散射光はそれぞれ光ファイバ１２、１３を通して２入出力の光ファイバ結合器へ折り返し、２入出力の光ファイバ結合器の干渉光の出力端は光ファイバ１４を介して光電検出器５に接続し、光電検出器５の出力端を信号処理分析器６と接続する。

光電検出器５は、プリアンプ付きのＩｎＧａＡｓ光電ダイオード、ＡＰＤ（アバランシェダイオード）またはＣＣＤなどを採用することができる。

参照用アームミラー３は、金メッキのミラーを備え、このミラーが往復移動できる参照用アームのミラースキャン装置７の上に固定されている。参照用アームミラーの往復移動できる周波数は、数Ｈｚから数百Ｈｚまでである。参照用アームミラーのスキャン装置７は、圧電セラミック部品、電動平行移動台、振動モータ、リニアモータ、音声コイルモータによって駆動されることが好ましい。この実施形態において参照用アームミラーは電動平行移動台の移動に連動して、参照光路の光学的距離を変更させる。

サンプルアームの光ビームスキャン装置８は光学走査レンズであることが好ましい。さらに、サーボモータを通じてスキャニングすることを実現することができる。本例では走査レンズである。

光源ユニット１は強度の安定している光を発生し、この強度の安定している光を光ファイバ結合器（例えば２入力と２出力端の光ファイバ結合器）の１つを入力端に結合させ、光ファイバ結合器によって所定の分光比（例えば５０％：５０％）で分光され、光ファイバ結合器の両出力端より出射し、コリメートした後に、一の光ビームが振動式参照ミラーに出射し、他のビームが測定対象品である真珠や宝石に出射し、測定対象品である真珠や宝石の後方散乱光で戻された散乱光波は、振動式参照ミラーによって屈折させられ反射光と光ファイバ結合器において合わさることによって、干渉が発生する。

図３に示すように信号処理分析器６は増幅回路、フィルター回路、Ａ／Ｄ変換器、及び計算機を含む。フィルター回路の入力端は増幅回路の出力端に接続し、フィルター回路の出力端はＡ／Ｄ変換器の入力端に接続し、Ａ／Ｄ変換器のデジタル出力端を計算機の入力端に接続し、増幅回路としてＢｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ社製のＯＰ２７型演算増幅器を用いることが好ましい。

フィルター回路としては、江蘇省聯能電子技術有限会社製のＹＥ３７９０Ａ型帯域フィルターなどを用いることが好ましい。Ａ／Ｄ変換器としては、ＮＩ会社製ＰＣＩ−６１１１型ＡＤ変換カードなどを用いることが好ましい。信号処理分析用コンピュータとしては、ＴＣＬ会社製のＡ１００計算機などを用いることが好ましい。信号処理分析器６としては、マイクロコントローラ・ユニット（ＭＣＵ）、増幅回路、フィルター回路、及びＡ／Ｄ変換回路などを含むことが好ましい。

以下、図２に示す検出装置を参照しながら、さらに真珠の真珠層厚さを検査する発明の実施の形態を通じて本発明にかかる真珠や宝石の内部構造検査方法を説明する。

光源ユニット１のスーパールミネッセントダイオードから強度の安定した光が発生し、当該光が光ファイバ１１を通じて２入力２出力の光ファイバ結合器２に結合する。

２入出力光ファイバ結合器２によってこの強度の安定した光を２つのビームに分光し、一のビームを、光ファイバー１２を介して参照用アームミラー３に出射し、他のビームを、光ファイバー１３を介して検査対象品である真珠４に出射させ、測定対象品である真珠の後方散乱光と参照用アームミラー３から屈折された反射光とが光ファイバ結合器２において集まり、干渉が発生する。発生した干渉光信号は光ファイバー１４を通じて光電検出器５に結合される。

光電検出器５は干渉光信号を受信して干渉光電信号に変換した後、信号処理分析器６に送信する。

信号処理分析器６において、この干渉信号が増幅、ファイリング、Ａ／Ｄ変換されてから、コンピュータによってこの干渉信号を分析し、一次元の深さの強光信号を得て、さらに真珠層の厚さにかかる値を示す。サンプルアームの光ビームスキャン装置８によってスキャンされた後、図４に示したような二次元の真珠層画像を得ることができ、直接に真珠層の厚さを測定することが可能となる。

本発明の原理を示す図である。 本発明の一実施形態に係る真珠や宝石の内部構造検査装置の一例を示す図である。 図２の実施形態にかかる信号処理分析器の機能構成を示すブロック図である。 図２の実施形態によって得られた真珠層画像である。

符号の説明

１ 光源ユニット
２ 分光器
３ 参照アームミラー
４ 検査対象品
５ 光電検出器
６ 信号処理分析器
７ 参照用アームミラーのスキャン装置
８ サンプルアーム光ビームのスキャン装置
１１、１２、１３、１４ 光ファイバ

Claims (9)

1. 真珠や宝石の内部構造を検査する方法において、
   ａ．分光部によって低コヒーレンス光源から発生した光を第１ビームおよび第２ビームに分光し、前記第１ビームと第２ビームは、それぞれ測定対象品を固定するサンプルアームと、光学的距離を変えながら光を反射することができる参照用アームとに投射する工程と、
   ｂ．前記参照用アームからの反射光を、サンプルアームの測定対象品からの反射光と干渉させるように光学的距離を調整する工程と、
   ｃ．干渉信号を電気信号に変換すること、その電気信号を信号分析器に転送すること、および参照用アームの光学的距離を変化させながら、測定対象品の深さ方向に一次元の反射光の強信号を得ることを含む信号交換工程と、
   ｄ．測定対象品に対してスキャンを行い、前記測定対象品の二次元的な内部構造を示す光学的な断層画像を得るスキャン工程と、
   を含むことを特徴とする真珠や宝石の内部構造の検査方法。
2. 前記光源は、低コヒーレンス光源であり、そのコヒーレンス長は０．５μｍ〜１ｃｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の真珠や宝石の内部構造検査方法。
3. 前記参照用アームの反射光と検査対象品のサンプル内部の反射光との光干渉原理によって、検査対象品のサンプル内部の反射光の強度信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の真珠や宝石の内部構造検査方法。
4. 光電検測器によって光干渉信号を電気信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の真珠や宝石の内部構造検査方法。
5. 光源と、
   分光器と、
   参照用アームミラーと、
   光電検出器と、
   信号処理分析器と、
   参照用アームミラーのスキャン装置と、
   サンプルアーム光ビームのスキャン装置と、
   を備える真珠や宝石の内部構造検査装置であって、
   前記光源は分光器の入力端と光学的に接続され、分光器の２つの出力端はそれぞれ参照用アームミラーと検査対象品に光学的に接続され、分光器の干渉光出力端は光電検出器に光学的に接続され、光電検出器の出力端は電気信号処理分析器に接続することを特徴とする真珠や宝石の内部構造検査装置。
6. 前記光源は、発光素子とドライバ回路とを備え、
   前記発光素子は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、或いは赤外線光源であることを特徴とする請求項５に記載の真珠や宝石の内部構造検査装置。
7. 前記分光器は、分光プリズム、ミラー型分光器、または光ファイバ結合器であることを特徴とする請求項５に記載の真珠や宝石の内部構造検査装置。
8. 前記光電検出器は、光電ダイオード、アバランシェダイオード（ＡＰＤ）、或いはＣＣＤであることを特徴とする請求項５に記載の真珠や宝石の内部構造検査装置。
9. 光を伝導して検出するようにすべてのユニットが光ファイバを介して接続されることを特徴とする請求項５に記載の真珠や宝石の内部構造検査装置。