JPS6334422B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、宝石等の明度を測定する方法および
装置に関するものである。

背景技術 宝石、特にダイヤモンドははその色とシエード
（shade）に応じて選別され得る。例えば白と黒
の間には、全て同じ相対的割合でその原色を含ん
でいる様々のグレーのシエード（明度）が存在す
る。白い表面とグレーの表面の違いは前者がその
上に照射される光の大部分を反射するのに対し、
後者は光のかなりの部分を吸収し、残りを反射す
る点にある。

ダイヤモンド産業ではダイヤモンドをその色に
応じて自動的に分類するための機械の需要が増大
している。ダイヤモンドの色の測定は、例えばダ
イヤモンドによつて反射される原色の相対強度の
測定により行うことができる。しかしながらこの
ような測定は明度（シエード）とは別のものであ
る。

粒の明度を査定する１つの方法は異なる明度で
照明した背景に対して粒を比較することである。
特定の明度の粒を同じ明度の背景で観察すると粒
は見かけ上消えてしまう。この観察を電子的に、
例えば背景の光強度に感応する光検出器を用いて
行なえば、粒と背景が同じ明度である場合には検
出器の出力には何の変化もないことがわかる。粒
が背景と同じ明度でない場合には検出器の出力信
号の振幅が変化する。検出器の信号の振幅におけ
る変化は粒子の明度と粒子の大きさの関数であ
る。明度を分類する現存の方法では発生する信号
の実際の振幅を記録しようという試みは全くなさ
れていない。分類は単に出力信号が零値に対して
正に変化したか負に変化したかを基準にしてなさ
れる。このためこの信号の振幅が粒の大きさに依
存することは重要ではない。

正または負の信号を生じる粒子は、その明度が
用いられている背景より明かるいか暗いかのどち
らかなので、それぞれの通路へ放出される。それ
故各粒の明度を分類するためには、分類機械を通
じる１本の通路と異なる背景が必要である。

発明の要約 本発明の目的は粒のシエード（明度）の測定方
法およびその装置を提供することである。

本発明によれば、基準照明レベルを準備し、粒
を照明し、基準照明レベルと粒からの照明との相
対強度が変化し、そして粒の明度の測定を得るた
めに、少なくとも粒からの光の強度と基準照明レ
ベルとを比較するという各段階を含む粒の明度の
測定方法が提供される。

さらに本発明によれば基準レベルは照明された
背景によつて提供され、粒は所定領域をもつ背景
の正面に位置している間照明されて、粒子および
所定領域の背景からの光の強度を、照明された背
景の強度と比較する。

本発明の方法は、さらに粒子および所定領域の
背景からの光の強度が、所定の時間に照明された
背景の強度より大きいかまたは小さくなる期間を
測定する段階を含む。

所定の時間に対する測定された期間の比は粒子
の明度測定のために適宜定めることができる。

さらに本発明によれば粒子は背景の正面に位置
する間、または背景の方へ自由に落下する間中照
明される。

さらに本発明によれば粒は全ての側面から実質
的に一様に照明される。

粒子を実質的に一定強度の光で照明し、また様
様な強度の基準レベルを持つことは本発明の範囲
内に属することであるが、粒子を可変的な強度の
光で照明し、照明の基準レベルを実質的に一定に
することが好ましい。

光の強度は振動させることができ、またのこぎ
り波変調するのが好ましい。

本発明はまた基準照明レベルを提供するための
装置、粒を照明するための装置、基準照明レベル
と粒子からの照明の相対強度が変化し、および粒
子からの光の強度と基準照明レベルの強度を比較
して粒子の明度測定を行う装置を含む、粒子の明
度を測定する装置を提供するものである。

さらに本発明によれば基準照明レベルを準備す
るための装置は背景と、背景を照明する光源を含
み、粒子は背景の所定領域の正面に位置する間照
明され、また比較装置は粒子および所定領域の背
景からの光の強度を、照明された背景の光の強度
と比較する。

さらに本発明によればこの装置は粒子および所
定領域の背景からの光が一定の時間間隔の間に照
明された背景より大きいかまたは小さくなる期間
の測定を得るための装置と、測定された期間と所
定の時間間隔の比を発生するための装置を含んで
いる。

さらに本発明によれば比較装置は照明された背
景の光の強度に感応する検出装置を含み、また粒
を照明する装置は光源、積分球、その球内に光源
からの光を入れるために球壁に形成した開口を含
み、その積分球は背景の正面に位置して粒が球を
通過し得るように、また背景の一定の領域から検
出器へ光が伝導するように入口と出口を有してい
る。

発明の実施態様 本発明をさらに添付図面を参照しつつ例を挙げ
て説明する。第１図と第２図を参照すると本発明
の装置はランプ１０、レンズシステム１２、ビー
ム分割器１４、鏡１６、背景１８、空気放出器２
０、積分球２２、球の壁の上に設けた光検出器２
４、球を通つて伸びその上端に入口のじようご２
８を有するガラス管２６、球の内側に開口３２に
対向して球の壁の内に形成されたバフル３０、モ
ータ３４およびモータにより駆動されビーム分割
器１４と開口３２の間に位置する歯車３６、ハウ
ジング４０の内側でガラス管２６の上端に位置す
るレンズ３８、およびレンズ３８の上に位置する
光検出器４２を含んでいる。

光検出器４２の出力信号は第２図に見られるよ
うに差動増幅器５０に接続し、またこの増幅器は
ゼロクロツシング（零交叉）検出器５２に接続
し、その出力はマイクロプロセツサ５４と自動レ
ベル制御器およびクランプ５６に接続している。

本発明の装置は以下のように動作する。その明
度に従つて分類すべきダイヤモンドの粒５８をじ
ようご２８を通じてガラス管２６内に導く。ダイ
ヤモンドは適当な制御装置によつて１度に１つず
つガラス管の中へ導かれ、いつでも管内には粒が
１つだけあるように制御されている。粒子をガラ
ス管内に導くより前には光検出器４２は背景１８
からの光だけに感応する。背景１８はランプ１０
から出てレンズ系１２を通過してビーム分割器１
４により分離されて鏡１６から背景へ向かう光に
よつて照明される。粒をガラス管に導く前に歯車
が一定の速度で回転して変調した光の信号を開口
３２を通して送り込む。しかしバフル３０が設け
られているためと、検出器４２の視野が背景１８
の中心に限定されているためにこの変調した光の
信号のごくわずかしか光検出器４２に達すること
ができない。この状態の間光検出器４２は背景１
８からの光によつてのみ垂直に照明されており、
またこの光の強度は一定なので光検出器４２の出
力信号もまた一定である。この定常状態は第３図
の波形において一定の振幅を表わす直線６０によ
つて示されている。

ダイヤモンドの粒子５８がガラス管２６に投入
されると、モータ３４によつて回転している歯車
３６はランプ１０からの光を開口３２を通して球
２２内へ送る。この光の強度は暗黒から最大の明
るさまで変化するが光の強度の時間的変調は実質
的にのこぎり波状であることが好ましい。これは
なかんずくモータの速度、歯車３６のギヤツプの
大きさと数、およびレンジシステムの焦点の位置
の正しい選定により達成される。

開口３２を通過した光はバフル３０によつて球
３２の内壁へ反射される。この壁にはニユートラ
ルスペクトルリフレクタンスの硫酸バリウム測光
塗料が塗布されてあるので、そこへ入射する光は
振幅と色の干渉の損失を最少にして球内のあらゆ
る方向へ反射される。その結果ガラス管２６内の
粒５８は強度がのこぎり波状に変化する光によつ
て全ての側面から一様に照明される。

開口３２から入り球の内壁で反射した光はガラ
ス管内を通過する粒５８に当たつて反射され、そ
のうちのいくらかは管をまつすぐ上がつて光検出
器４２へ向かう。

第１図において、背景１８は常に照明されてお
り、また光検出器４２はガラス管２６を通して背
景１８からの光を受けている。もし開口３２をふ
さぐことにより光が積分球２２の中に入らない
と、光検出器４２は、積分球２２内を通つている
ガラス管２６中を落下する粒子５８を検知するこ
とができるが、それは背景１８から減少した光が
光検出器４２に入るからである。これにより光検
出器４２の出力信号が減少し、これは第３図の波
形で振幅が減少している中間部分６２によつて示
される。この振幅の減少は粒子５８によつて光が
背景１８から光検出器４２へ到達するのが妨げら
れることにより生じ、粒子の大きさが大きい程多
くの光の量の到達が妨げられる。粒子５８がガラ
ス管２６を通つて落ちるにつれて、その向きは絶
えず変化し、これに伴つて背景１８からの光にさ
らされる粒子５８の面積と明度も変化する。これ
が、第３図の波形の中間部分６２における光検出
器４２の出力信号の振幅の変動の主な要因であ
る。

また、もし背景１８が照明されておらず、光が
開口３２から積分球２２に入るならば、光検出器
４２は粒子５８から反射された光を検知する。

積分球２２の内面は前述のように暗黒から明る
い状態まで照明される。積分球２２が暗黒のとき
は、光検知器４２は、粒子５８の影により減少し
た背景１８からの光を検知する。これは、第３図
において示され、線６０は背景１８からの光を表
わすが、線６２は粒子５８の存在により背景１８
からの光の減少を示している。

歯車３６は、積分球２２に入る光を暗黒から明
るい状態へ変化させる。明るい光は光検知器４２
により受信される信号を強くする。換言すれば、
もし積分球２２内に明るい光だけがあるとする
と、粒子５８から反射されて光検出器４２の出力
信号は、第３図の線６０の上方に、線６２を逆向
きにした、波形が現われることになる。従つて、
実際には暗黒と明るい状態との間で変化する光に
よつて第４図の線６４の上下に移動するのこぎり
波状の出力が現われる。

第４図は粒子５８がガラス管２６を通して落ち
ていく間に開口３２からの光によつて照らされる
時にもたらされる光検出器４２ののこぎり波出力
を図解している。この出力信号は２つの成分の和
であり、第１の成分は背景１８から光検出器４２
に達する光であつて第３図に示されている出力信
号に対応し、第２の成分は開口３２から入射して
粒子５８により光検出器４２へ反射される光であ
つて、背景１８のみから生じる出力信号（第１成
分）に単純に重ね合わされる。

粒子５８により反射される光の量は粒子の大き
さと明度に依存する。しかし第４図を参照する
と、光検出器４２の出力信号の振幅が、粒子５８
をガラス管２６内に導く直前に存在していた出力
信号のレベル６４に等しくなる瞬間に粒子５８に
よつて反射される光の量が実質的にその明度にの
み依存する状態になる。この瞬間に背景に対して
粒を見ると見かけ上消えてみえるだろう。

従つて、明るい明度の粒子では、暗い明度の粒
子よりものこぎり波曲線のピークを線６４の上方
に高く移動させるが、暗い明度の粒子では、のこ
ぎり波曲線のピークは線６４に近い所である。前
者の場合は、線６４上ののこぎり波の基線は後者
ののこぎり波の基線よりも長くなる。この基線の
長さは時間で測定されるので、一方の場合は、の
こぎり波曲線は、線６４を越えてその上方にある
時間が他方の場合よりも長くなる。

これら２つの場合の、時間の長さの関係は粒子
の色の明度を示す。これは、定量的な関係ではな
く、予め既知の明度のいくつかの粒子について本
測定装置を用いて時間を測定しておき、種々の明
度に関する尺度としてマイクロプメセツサ５４に
供給しておくことができる。

実際には、１個ののこぎり波の時間を測定する
のではなく、一連ののこぎり波の合計を測定す
る。例えば、第５図に示すようにのこぎり波のそ
れぞれについて、線６４の上方にある時間に相当
するパルス持続時間をTa，Tb，Tc………とす
ると、これらの和、Ta＋Tb＋Tc＋………と線
６４の下方にある時間に相当するパルス間の時間
をＴ１，Ｔ２，Ｔ３とすると、これらの和、T1
＋T2＋T3………を測り、これら２つの和の比、
Ta＋Tb＋Tc＋………／T1＋T2＋T3＋………によつて、粒
子の明度を 表わすことができ、マイクロプロセツサ５４はこ
のような関係を処理するようにプログラムされ
る。

あるいは、粒子５８は球２２を通過する間絶え
ず開口３２からの光に照らされているので光検出
器４２の出力は何度もレベル６４に等しくなる。
それ故実際の測定では光検出器４２の出力信号が
レベル６４より上にある時間と粒が球を通過する
のに要する時間の比をとると粒の明度の測定が得
られる。

第２図の回路はこの計算を行なう。光検出器４
２の出力は差動増幅器５０に接続し、増幅の後に
比較器５２においてゼロ振幅の信号と比較する。
それ故比較器は零交差（ゼロクロツシング）検出
器として機能し、光検出器の出力がレベル６４よ
り上にある間は一定の振幅のパルスを発生する。
ゼロクロツシング検出器の出力は、それ故一定振
幅（パルス列６６の振幅）であつて様々な接続時
間をもつパルスの列となる。第５図を参照された
い。マイクロプロセツサ５４はゼロクロツシング
検出器の出力の平均値を計算するのに用いる。マ
イクロプロセツサにより計算された平均値を用い
て粒をその明度に従つて分類ビンに送るための第
６図から第８図に図示されている選別機ユニツト
を駆動する。

粒５８がガラス管に入る直前に光検出器におい
て存在していた光のレベル６０（または６４）を
サンプルするための自動レベル制御器およびクラ
ンプ５６を用いる。この光のレベルはゼロクロツ
シング検出器が一定振幅の基準信号に対して機能
するように粒が球を通過するのに要する時間の間
クランプによつてホールドされる。

粒が球内に存在する時、鏡１６と背景１８の間
の粒の軌道をそらせるために空気放出器２０を用
いる。これは背景が粒の衝突によつてそこなわれ
るのを防ぐ。いつたん粒が鏡と背景の間を通過し
てしまうと、粒は選別機ユニツトによつて正しい
分類ビンに向けられる。あるいはまた粒が球から
出ることを検知して、ちようつがいの上に据えつ
けた背景を粒の移動通路からよけさせて粒をまつ
すぐ選別機を送るようにすることもできる。粒子
が球から出ることを検知することにより生じる信
号はクランプ５６をトリガしてクランプが、背景
の照明レベルの強度にのみ依存する検出器の出力
信号６４をサンプルおよびホールドするようにす
るためにも用いることができる。この信号はまた
じようご２８を通つて球内へ向かう粒の通路を調
整する制御装置をトリガするのに用いることがで
きる。

光検出器２４は球２２の内部での光の強度の変
化率をサンプルし、また適当な帰還回路を経てチ
ヨツパモータ３４が一定速度で回転するよう制御
する。すなわち、光検出器２４は、前述した光検
出器４２のように粒子の明度測定に直接関係する
光検出器ではなく、光を断続する歯車３６の回転
速度を一定に維持するために使用される光検出器
である。即ち、光検出器２４からの出力は増幅さ
れゼロツクス検出器で方形波に形成された後、適
宜のクロツクパルスと比較され、比較の結果得ら
れた誤差信号が歯車３６を駆動するモータ３４に
印加される。このようにして、歯車３６による光
断続動作タイミングは光検出器２４を用いてフイ
ードバツク制御され所定一定値に維持される。

マイクロプロセツサ５４は本発明に好ましい形
の適当なアナログ→デイジタル変換機インタフエ
ースと共にゼロクロツシング検出器出力の平均値
を計算するのに用いる。この計算に必要なプログ
ラムを書くことは当業者には容易であろう。しか
し必要な計算を実行するために他の代替的装置を
用いることもできる。例えば、第２ａ図に示され
ているように粒が球を横切るのに要する時間より
短かい一定の時間中に、パルス列６６がゼロより
大きいすなわち正である全合計時間を単純なタイ
マ６８によつて累算することができる。様々な標
準明度をもつ異なる粒について累算された時間を
記録しておくことができ、また試験中の粒子の明
度は試験中の粒について累算された時間を基準時
間と比較することにより決定され得る。この比較
はウインドウ（Window）比較器７０によつてな
される。

比較器７０またはマイクロプロセツサ５４の出
力信号７２は第６図から第８図に示されている選
別装置を制御するのに用いる。

選別装置１０８は支持フレーム１１０、その中
に複数の開口１１４が円弧状に配置されている基
板１１２、基板１１２の下側に取り付けられたス
テツピングモータ１１６、モータ１１６の軸に固
定したアーム１１８、および導管１２２を含んで
いる。

導管１２２は支持フレーム１１０に固定したベ
アリング１２４によつてその上端で回転できるよ
うに支持されており、その下端は上端に関してわ
きへそれてアーム１１８に取り付けられている。
管１２２の口径は１１４の口経に等しい。

管１２２の上端は外被１２８内に形成されたじ
ようご１２６とぴつたり合つている。じようごの
内側のゲート１３０は粒が管１２２を通るのを制
御する。

各々の開口１１４は図には示されていない分類
ビンへ導く管状誘導装置１３２に接続している。
これらの開口は複数のセンサ１３６を支える台板
１３４で囲まれ、各々のセンサは開口の１つに組
み合わせられている。各々のセンサは例えば光源
とアームの外端から反射される光を検出する装置
から成つている。

じようご１２６の入口は球２２から落ちてくる
粒をとらえるように球２２の下に位置している。
粒がじようごに入つてくると、その粒の特性に関
する計算が終わり、また導管の中に粒が１つもな
いことをも保証するための時間ゲート１３０によ
つて停止させられる。ゲート１３０に停止した粒
が第２図の回路で分類されると導管はステツピン
グモータ１１６によつてレジスタの中の選択され
た開口へ移動する。ゲート１３０が開いて粒子は
導管を通つて開口と管状誘導装置を経て貯蔵ビン
へ転つていく。あるいはまたゲート１３０が開い
て粒が管１２２を通つて転つていく間に管１２２
がその選択された位置へ移動するようにしてもよ
い。

第２図の回路により作成される信号７２はダイ
ヤモンド粒の明度を示しており、ステツピングモ
ータが移動しなければならない位置を選択するの
に用いられる。

ステツピングモータの位置はいかなる時もセン
サ１３６によつて感知される。選別装置の最適の
分類量を確保するためにステツピングモータをマ
イクロプロセツサで制御して、管１２２が異なる
開口１１４間を動いている間、最大の速度で加速
および減速されるようにすることができる。

ステツピングモータが高性能であつて一貫した
正確さで選択された位置へ動かすことができるな
ら異なる開口ごとのセンサ１３６は省くことがで
きる。但しそうするとステツピングモータの運転
をチエツクするためにただ２ケ所にセンサを備え
ることが必要になる。

第６図と第７図の装置によつて提供される選択
過程は第８図に示した構造を採用することにより
スピードアツプできる。この場合開口１１４は２
つのグループから作られ、各々のグループにはた
とえば10個の開口がある。各々のグループは円の
上にあり、管１２２の自由端はその円の上に沿つ
て位置し、180゜で向い合つている。第８図で各々
のグループの開口は１から10まで番号がついてい
る。１つのグループの各々の開口はもう１つのグ
ループの同じ番号の開口の正反対に位置してい
る。したがつて番号が２の開口は互いに向かい合
い、以下同様である。

同じ番号の開口は基板１１２の下側で互いに連
結しているので同じ貯蔵ビンへ粒を放出する。

この一部変更した選別装置は第６図と第７図の
装置と同様に用いられる。しかし今やステツピン
グモータは特定の貯蔵ビンに組み合わせられた開
口の管を合わせるために最大角度90゜以内でのみ
回転すればよいので分数速度はかなり増大する。

各々の貯蔵ビンに組み合わせられた開口の数を
増やしてステツピングモータが分類ビンのいずれ
かを選ぶために必要な最大移動角を小さくするこ
とができるが、これには実用上の限界がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の概略構成図、第２
図は第１図の装置と共に用いる電気的装置のブロ
ツク回路図、第２ａ図は第２図の装置の部分的変
更を示すブロツク回路図、第３図はチヨツパ光を
遮光した場合に光検出器によつて検知される光レ
ベルを示す波形図、第４図は通常光検出器によつ
て検知される光レベルを示す波形図、第５図は零
交差検出器の出力を示す波形図、第６図は本発明
において用いる装置の部分的に切断した側面図、
第７図は第６図の直線７−７に沿つて切つた断面
図、第８図は一部変更した分類装置の第７図と同
様な断面図である。 参照番号の説明、１０……ランプ；１２……レ
ンズシステム；１４……ビーム分割器；１６……
鏡；１８……背景；２２……積分球；２４……光
検出器；３２……球の開口；３４……モータ；３
６……歯車；４２……光検出器；５０……差動増
幅器；５２……零交差検出器；５４……マイクロ
プロセツサ；５６……レベル制御器およびクラン
プ；１０８……選別装置；１１２……基板；１１
４……複数の開口；１１６……ステツピングモー
タ；１２２……導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 背景を照明する段階、背景の前方で粒子を移
   動する段階、上記粒子が上記背景の前方にある間
   に上記粒子を照明する段階、粒子を上記背景の前
   方に置かずに上記背景からの光の第１の測定値を
   得る段階、及び上記粒子及び上記背景からの光の
   第２の測定値を得る段階からなる粒子の明度を決
   定する方法において、 上記粒子は変化する光の強度で照明され、 また上記粒子が上記背景の前方に存在する時間
   よりも長くないある選択された時間間隔にわたつ
   て、上記第２の測定値が上記第１の測定値より大
   きい合計時間を測定し、上記粒子の明度の尺度を
   得ることを特徴とする粒子の明度を決定する方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項の方法において、上記
   合計時間の測定による粒子の明度の尺度を得る段
   階において、上記測定された合計時間と、上記選
   択された時間間隔から上記測定された合計時間を
   差し引いた残余時間との比を求めることを特徴と
   する粒子の明度を決定する方法。 ３ 特許請求の範囲第２項の方法において、上記
   選択された時間間隔は上記粒子が上記背景の前方
   に存在している時間であることを特徴とする粒子
   の明度を決定する方法。 ４ 背景と、上記背景を照明する光源と、上記背
   景の前方で粒子を移動させる装置と、上記粒子が
   上記背景の前方にあるときに上記粒子を照明する
   装置と、上記粒子が上記背景の前方にないときに
   上記背景からの光の第１の測定値を得る装置と、
   上記粒子及び上記背景からの光の第２の測定値を
   得る装置とからなる粒子の明度を決定する装置に
   おいて、 上記粒子を異なつた強度で照明するための装
   置、及び 上記粒子が上記背景の前方に存在する時間より
   も長くないある選択された時間間隔にわたつて、
   上記第２の測定値が上記第１の測定値より大きい
   合計時間を測定する装置を備えることを特徴とす
   る粒子の明度を決定する装置。 ５ 特許請求の範囲第４項の装置において、上記
   第１の測定値及び上記第２の測定値を得る装置
   は、 上記背景の方向から到来する照明の強度に応答
   する検知器と、上記背景の前方に位置する積分球
   と、光源と、上記積分球の壁を通つて形成され上
   記光源からの光を上記積分球の中に入れる開口
   と、粒子を上記積分球を通つて上記背景の方向に
   通過させ、また光を上記背景から上記検知器へ透
   過させる積分球の入口及び出口と、上記開口を通
   つて上記積分球の中へ通過する光の強度を変化さ
   せる装置とを含む粒子の明度を決定する装置。 ６ 特許請求の範囲第４項又は第５項の装置にお
   いて、 上記第１の測定値及び上記第２の測定値を得る
   装置は、上記測定された合計時間と、上記選択さ
   れた時間間隔から上記測定された合計時間を差し
   引いた残余の時間との比を決める装置を含む粒子
   の明度を決定する装置。