JP2016529498A - 宝石での屈折および反射によって発生する光パターンを分析するためのアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、宝石（２）での屈折および反射によって発生する光パターン（３）を分析するためのアセンブリ（１）に関し、このアセンブリ（１）は、宝石（２）を照らすための光源（４）と、宝石（２）を保持するための保持装置（５）と、光パターン（３）を画像化するための特には平坦な拡散スクリーン（６）と、拡散スクリーン（６）上に画像化された光パターン（４）を記録するためのカメラ（７）とを含んでおり、このアセンブリ（１）はさらに、光源（４）から発生する光（９）を宝石（２）の方向に偏向させ、宝石（２）にて屈折および反射された光（１０）を伝送するための半透過光学素子（８）を含んでいることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、宝石での屈折および反射によって発生する光パターンを分析するためのアセンブリ（構造体）に関し、このアセンブリは、宝石を照らすための（宝石に光を当てるための）光源と、宝石を保持するための保持装置と、光パターンを映し出すための特には平坦な拡散スクリーンと、拡散スクリーン上に映し出された光パターンを記録するためのカメラとを備えている。本発明は、本発明によるアセンブリによって、宝石での屈折および反射によって発生する光パターンを分析するための方法にも関する。

特定のコンポーネントを有するアセンブリは、例えば米国特許５８２８４０５号から知られている。この従来技術でのアセンブリの欠点の一つは、調査されるダイヤモンドの照明が、拡散スクリーンの開口部を介して実行されることである。この結果、拡散スクリーン上の開口部の領域内に映し出された光パターンが失われる。さらに、米国特許５８２８４０５号で開示されている照明構造体ではダイヤモンドの僅かな部分のみが照明可能である。この方法では、ダイヤモンドに関する情報の消失も発生する。

そして最後に、照明構造体の幾何学的形状のために、拡散スクリーン上に映し出された光パターンの記録用のカメラをスクリーンに対して所定の角度に配置し、他方で拡散スクリーンに比較的近接して配置する必要があるという別の欠点が存在する。後者は、極端な魚眼対物レンズの使用を必要とする。このように、米国特許５８２８４０５号での拡散スクリーンに対するカメラの配置は、記録される光パターンの深刻な射影ひずみをもたらす。理論上は、カメラが例えば宝石の高さで配置されるよう、または宝石の後方に配置されるよう、拡散スクリーンに対するカメラの距離を増加させることが可能ではあるが、そうすると拡散スクリーン上へのフリービュー（自由視点）が照明構造体の部品または宝石自体によって制限され、これも情報の消失につながるであろう。

しかし、完全を期すため、米国特許５８２８４０５での目的は、窃盗が発生した場合に宝石を特定できるよう、宝石の特徴的な“指紋”を記録し、それをデータベースに保存されている指紋と比較することであることも留意すべきである。宝石の画像が常に同じ装置で記録される限り、情報損失と射影ひずみは役割を果たさない。

米国特許５８２８４０５号

これとは対照的に、本発明のアセンブリは、宝石での屈折および反射によって発生する光パターンの分析のために使用される。これには例えば、形状または研磨などのパラメータによって影響される宝石の品質の分析を含む。その目的に照らせば、前述の欠点は実際には明確な役割を果たす。

本発明のアセンブリまたは本発明の方法は、原理的には全種類および全形状の宝石の分析に利用できる。特に、天然または人工宝石、および例えばジルコニア若しくはガラス（ガラス石）製の宝石などの宝石用原石を分析することも可能である。

本発明の目的は、従来技術から知られる欠点を回避し、宝石での屈折および反射によって発生する光パターンの分析のための改良されたアセンブリ、並びに本発明によるアセンブリを使用した改良された方法を提供することである。

この目的は、独立請求項１と１１の特徴によって達成できる。

したがって、本発明の核心概念の一つでは、このアセンブリは、光源からの光を宝石の方向に偏向させ、宝石にて屈折および反射された光を伝送するための半透過光学素子を含んでおり、この半透過光学素子は、例えば半透過ミラーまたはガラス板である。

よって、従来技術と比べた本質的な違いの一つは、半透過光学素子によって光結合効果（光カップリング効果）が実行されることである。これで、アセンブリの要素をさらに柔軟に構成することが可能となり、このようにして従来技術から知られる欠点を回避することができる。

例示すれば、宝石を保持するための保持装置と、宝石を照らすための光源とを拡散スクリーンの同じ側に配置できる。これは、宝石を照らすために拡散スクリーンに穴部を提供する必要がないという利点を有する。同時に、拡散スクリーンに対して、拡散スクリーン上に映し出された光パターンを記録するカメラの略垂直配置のためのスペースも提供される。この目的のため、カメラは、保持装置とは反対側の拡散スクリーンの側に配置するか、および／または拡散スクリーンは透過スクリーンとすることができる。このような、拡散スクリーンに対するカメラのそのような配置のおかげで、拡散スクリーンに対するカメラの間隔を選択することができるので、映し出された光パターンの射影ひずみがなくなるか、または非常に少なくなる対物レンズを使用することが可能となる。さらに、カメラと、拡散スクリーンへのカメラのフリービューに悪影響を及ぼす拡散スクリーン要素との間に何も配置する必要がなくなるため、情報損失を完全に回避することが可能である。

したがって、半透過光学素子の形態である追加的な光学素子の使用による明白な欠点（どのような光学素子も多少なりとも重大な明白な画像欠陥と常に結び付いている）は、一連の利点によって十分補われる。

本発明によるアセンブリの有利な一形態では、保持装置が、拡散スクリーンから１０ｃｍから５０ｃｍの間の間隔で、好適には約３０ｃｍの間隔で配置されている。

さらに、カメラがＣＣＤチップを含むこと、および／または、光源がＬＥＤ光源であることが有利なことが証明されている。

光源から放射された光は、好適には非偏光で、および／または５ｍｍから１５ｍｍの間の、好適には約１０ｍｍのビーム径（ビーム直径）を有しており、および／または平行化（コリメート）されており、および／または０．１°から０．４°の間の、好適には約０．２５°の発散半角を有しており、および／または可視光の範囲からの複数の異なる波長を含んだスペクトルを有している。後者は、宝石が、拡散スクリーン上の映し出された光パターンが部分的に着色された光反射を含むよう、宝石での屈折によって部分的にそのスペクトル色に分解された白色光によって実質的に照らされるということを明らかにする。

好適には、本発明によるアセンブリは、カメラによって記録される光パターンの評価のため、好適にはコンピュータである評価ユニット（評価装置）を含んでおり、および／または少なくとも光源、保持装置、拡散スクリーン、カメラおよび半透過光学素子は背景光を抑制するために装置内に配置されている。後者の方法は、信号雑音比（ＳＮ比）を顕著に改善させることが可能である。

本明細書の当初部分で述べたように、特許保護は、本発明によるアセンブリによる宝石での屈折および反射によって発生する光パターンの分析方法にも請求される。この方法は次のステップを含んでいる。すなわち、保持装置内に分析対象の宝石を保持するステップ、光源によって宝石を照らすステップ、および拡散スクリーン上に映し出された光パターンをカメラによって記録するステップである。

この方法の特に好適な実施態様では、上記の方法ステップ２と３は異なる照明時間および／または異なる強度および／または異なる偏光（偏光された光が使用された場合）で少なくとも一回繰り返される。加えて、カメラによって記録された光パターンの評価ユニットによる評価が別の方法ステップとして含まれる場合、異なる照明時間および／または強度および／または偏光で記録された少なくとも二つの光パターンからの増加した情報でＨＤＲ画像を生成することがとりわけ可能である。

最後に、カメラによって記録された光パターンが、評価ユニット内に保存された少なくとも一つの光パターンと比較されることが望ましいことが証明されており、この場合には、好適には保存された光パターンはシミュレートされた光パターンを含む。このようにして、例えば、宝石の理想的なカットからの偏差を検出することができる。

本発明の別な特徴と利点は、図面と以降の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、アセンブリの一好適実施例を示す概略図である。 図２は、宝石での屈折および反射によって生成され、拡散スクリーン上に映し出された光パターンの簡素化された概略図である。 図３は、本発明による方法の一好適実施例を概略的に図解するフローチャートを示している。

図１に示す、宝石での屈折および反射によって発生する光パターンの分析のための本発明によるアセンブリ１の好適実施例は、保持装置５内に保持される宝石２を照らすための光源４を含んでいる。この場合には、ＬＥＤ光源が光源４として使用されている。光源４からの光（対応する光軸を符号９で示す）は非偏光で、ビーム径が約１０ｍｍで、平行化されており、約０．２５°の発散半角と、可視光の範囲からの複数の異なる波長を含んだスペクトルを有している。ほとんどの商業的に通常流通している宝石は、そのビーム径の規模で完全に照らすことができる。

光源４から発生する光９は、半透過ミラーの形態の半透過光学素子８に最初は所定の角度で入射し、半透過光学素子８の光源側であるその表面で反射される。さらに正確には光は宝石２の方向に偏向される。この場合には、宝石２に入射される光の一部は直ちに拡散スクリーン６の方向に反射される。光の残りの部分（大部分）は宝石２内に進入し、そこで屈折され、最終的に再び宝石２から拡散スクリーン６の方向に放出されるまで、ファセット（カット）された宝石２の表面にて全反射する。当然に、光の一部も拡散スクリーン６から離れる方向に宝石２を離れ、したがって、光の一部はその光パターンに関して“消失”される。

分析対象の宝石２から放射される屈折および反射された光１０（破線で示されている）は、半透過光学素子８を通って伝送モードで通過し、その後、宝石２のそれぞれの種類に応じて特徴的である拡散画像が映し出される拡散スクリーン６上に入射される。拡散スクリーン６に対する、保持装置５および宝石２の（約中央の）間隔は約３０ｃｍである。

図１に示すアセンブリ１の構造から理解できるように、保持装置５と光源４とは拡散スクリーン６の同じ側に配置されている。

拡散スクリーン６は透過スクリーンであり、すなわち拡散スクリーン６上に映し出された光パターンは保持装置５から離れた拡散スクリーン６の側でも見ることができる。よって、拡散スクリーン６上に映し出された光パターンを、保持装置５とは反対側の拡散スクリーン６の側に配置されたカメラ７によって記録することができる。さらにカメラ７を、一点鎖線で示すように、その長手方向が拡散スクリーン６にほぼ垂直になるよう配向させることも可能である。カメラ７は対応するＣＣＤチップを備えたＣＣＤカメラである。

光源４、保持装置５、拡散スクリーン６、カメラ７および半透過光学素子８は、背景光を抑制するために装置１３内に配置されており、装置１３の壁は、黒い無光沢の表面を有している。

カメラ７は、無線形態でもよい適切なデータライン１５を介してコンピュータの形態の評価ユニット１２に接続されている。

図２は、宝石での屈折および反射によって生成され、拡散スクリーン上に映し出された光パターン３を例示する白黒図である。この光パターン３は、個々の光斑点１６で構成されており、これら光斑点１６はそれぞれの宝石に特徴的な屈折および反射によって生成されている。図２に示す画像は明度が反転された偽色画像であることに留意すべきである。白色領域は実際は黒色であり、すなわち光がここには到達しておらず、暗色領域は拡散スクリーンに光が入射された領域である。簡素化された白黒図のため、光斑点１６がプリズムによる白色光の分解に類似するカラーパターンを部分的に有することを観察することもできない。光斑点１６は異なる明度であり得ることにも留意すべきである。英語では、宝石のそのような光パターンはその“ファイア（輝き；ｆｉｒｅ）”ともよく称されている。

図３は、本発明による方法１４の一好適実施例を図解するフローチャートである。第１のステップｉでは、分析対象となる宝石が保持装置内に保持される。その後の方法ステップｉｉで、宝石の照明が光源によって行われる。第３のステップｉｉｉで、拡散スクリーン上に映し出された光パターンがカメラによって記録される。方法ステップｉｉとｉｉｉはその後、例えば１０回など連続して、例えば約６０ｍｓ（ミリ秒）から約１６０００ｍｓの範囲の異なる照明時間で繰り返され、すなわち異なる照明時間で生成された複数の光パターンがカメラによって連続的に記録される。

さらなる方法ステップｉｖでは、カメラによって記録された光パターンの評価が評価ユニットによって実行される。この目的のため、ＨＤＲ画像（高ダイナミックレンジ）が異なる照明時間で記録された光パターンから最初に生成され、その後、評価ユニット内に保存されている、シミュレートされた光パターンと比較される。この比較に基づいて、宝石の品質についての結論を導き出すことが可能である。

Claims (15)

1. 宝石（２）での屈折および反射によって発生する光パターン（３）を分析するためのアセンブリ（１）であって、
   前記宝石（２）を照らすための光源（４）と、
   前記宝石（２）を保持するための保持装置（５）と、
   前記光パターン（３）を映し出すための特に平坦な拡散スクリーン（６）と、
   前記拡散スクリーン（６）上に映し出された前記光パターン（４）を記録するためのカメラ（７）と、を備えるアセンブリ（１）において、
   前記アセンブリ（１）は、前記光源（４）によって放射された光（９）を前記宝石（２）の方向に偏向させ、かつ、前記宝石（２）にて屈折および反射された光（１０）を伝送するための半透過光学素子（８）を含んでいることを特徴とするアセンブリ（１）。
2. 前記半透過光学素子（８）は、半透過ミラーまたはガラス板であることを特徴とする請求項１記載のアセンブリ（１）。
3. 前記保持装置（５）と前記光源（４）とは、前記拡散スクリーン（６）の同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ（１）。
4. 前記カメラは（７）、前記保持装置（５）とは反対側の前記拡散スクリーン（６）の側に配置され、および／または、前記拡散スクリーン（６）に略垂直に配向され、および／または、前記拡散スクリーン（６）は透過スクリーンであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）。
5. 前記保持装置（５）は、前記拡散スクリーン（６）から１０ｃｍから５０ｃｍの間の間隔（１１）で、好適には約３０ｃｍの間隔（１１）で配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）。
6. 前記カメラはＣＣＤチップを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）。
7. 前記光源（４）はＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）。
8. 前記光源（４）から放射された前記光（９）は、
   非偏光であり、および／または、
   ５ｍｍから１５ｍｍの間の、好適には約１０ｍｍのビーム径を有しており、および／または、
   平行化されており、および／または、
   ０．１°から０．４°の間の、好適には略０．２５°の発散半角を有しており、および／または、
   可視光の範囲からの複数の異なる波長を含んだスペクトルを有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）。
9. 前記アセンブリ（１）は、前記カメラ（７）によって記録される前記光パターン（３）の評価のための評価ユニット（１２）、好適にはコンピュータを含んでいることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）。
10. 少なくとも、前記光源（４）、前記保持装置（５）、前記拡散スクリーン（６）、前記カメラ（７）および前記半透過光学素子（８）は、背景光を抑制するために装置（１３）内に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のアセンブリ（１）によって、宝石（２）での屈折および反射によって発生する光パターン（３）を分析する方法（１４）であって、
    ｉ．前記保持装置（５）内に分析対象となる宝石（２）を保持することと、
    ｉｉ．前記光源（４）によって前記宝石（２）を照らすことと、
    ｉｉｉ．前記拡散スクリーン（６）上に映し出された前記光パターン（３）を前記カメラ（７）によって記録することと、
    を含んでいることを特徴とする方法（１４）。
12. 方法ステップｉｉおよびｉｉｉは、異なる照明時間および／または異なる強度および／または異なる偏光で少なくとも一回繰り返されることを特徴とする請求項１１記載の方法（１４）。
13. 前記カメラ（７）で記録された前記光パターン（３）の前記評価ユニット（１２）による評価が別の方法ステップｉｖとして含まれることを特徴とする請求項１１または１２記載の方法（１４）。
14. 異なる照明時間および／または強度および／または偏光で記録された少なくとも二つの光パターンからＨＤＲ画像が生成されることを特徴とする請求項１３記載の方法（１４）。
15. 前記カメラ（７）によって記録された前記光パターン（３）が、前記評価ユニット（１２）内に保存された少なくとも一つの光パターンと比較され、前記保存された光パターンは好適にはシミュレートされた光パターンであることを特徴とする請求項１３または１４記載の方法（１４）。

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