УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОГРАНЕННОГО ДРАГОЦЕННОГО КАМНЯ Российский патент 2018 года по МПК G01N21/87 

Область техники

Изобретение относится, не ограничиваясь ими, к способам и устройствам (аппаратам) для измерения параметров ограненного драгоценного камня. Данные способы и аппараты способны измерять параметры ограненных драгоценных камней в целях сортировки этих камней.

Уровень техники

Важным условием поддержания уверенности потребителей в том, что алмазные продукты характеризуются должным образом, является наличие у алмазной промышленности практичных способов тестирования ограненных драгоценных камней, чтобы определить, являются ли они природными алмазами, синтетическими алмазами или имитациями. Аналогично, важно также, чтобы промышленность обладала способами, позволяющими определить, подвергался ли алмаз специальной обработке, например, чтобы изменить его цвет.

Существуют аппараты, способные отличать алмазные драгоценные камни от имитаций, а также измерять параметр алмаза с целью дать оценку вероятности того, является алмаз природным или синтетическим, или был ли он подвергнут обработке, например, чтобы улучшить его цвет. В типичном варианте такой аппарат производит измерение, а затем, в зависимости от результата измерения, помещает алмазы в соответствующие контейнеры. Однако подобные аппараты часто ненадежны, так что требуются дополнительные тесты и/или измерения, чтобы точно установить, является ли драгоценный камень алмазом и, если да, то природным или синтетическим, и/или подвергался ли он специальной обработке.

Кроме того, важным процессом в алмазной промышленности является определение других физических параметров драгоценного камня, таких как цвет, размер и тип огранки.

Раскрытие изобретения

Согласно первому аспекту изобретения создан аппарат для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня, находящегося при проведении измерений в одной и той же измерительной позиции, содержащий: комплект источников оптического излучения, каждый из которых сконфигурирован для испускания оптического излучения на отдельных длинах волн из множества длин волн или в интервалах длин волн таким образом, чтобы испускаемое излучение облучало по меньшей мере часть измерительной позиции, и приемную систему, сконфигурированную с возможностью детектировать излучение на множестве воспринимаемых (детектируемых) длин волн или в воспринимаемых интервалах длин волн для измерения различных параметров. При этом аппарат обеспечивает прием приемной системой излучения, поступающего от измерительной позиции в результате облучения ограненного драгоценного камня, находящегося в измерительной позиции.

В одном варианте аппарат дополнительно содержит несущий узел для удерживания ограненного драгоценного камня в измерительной позиции, чтобы облегчить введение и выведение излучения через грань ограненного драгоценного камня.

В одном варианте комплект источников излучения содержит широкополосный источник оптического излучения, сконфигурированный для испускания излучения при измерении поглощения ограненного драгоценного камня.

В одном варианте широкополосный источник оптического излучения сконфигурирован для испускания излучения на длинах волн в интервале от примерно 300 нм до примерно 520 нм.

В одном варианте комплект источников излучения содержит один или более лазерных источников излучения.

В варианте изобретения единственный или один из указанных лазерных источников излучения сконфигурирован для испускания оптического излучения на длине волны, пригодной для возбуждения в ограненном драгоценном камне комбинационного рассеяния на детектируемой длине волны.

В одном варианте лазерный источник излучения сконфигурирован для испускания оптического излучения у 660 нм.

В варианте изобретения по меньшей мере один из указанных лазерных источников излучения сконфигурирован для испускания оптического излучения на длине волны, пригодной для возбуждения фотолюминесценции в ограненном драгоценном камне.

В конкретном варианте изобретения по меньшей мере один из указанных лазерных источников излучения, сконфигурированный для испускания оптического излучения на длине волны, пригодной для возбуждения фотолюминесценции в ограненном драгоценном камне, сконфигурирован для испускания оптического излучения, по существу, у одной из следующих длин волн: 325 нм, 375 нм, 458 нм, 514 нм, 785 нм и 830 нм.

В одном варианте комплект источников излучения содержит источник ультрафиолетового (УФ) излучения.

В варианте изобретения приемная система содержит спектрометр, содержащий средство для ограничения спектрального интервала, сконфигурированное для предотвращения детектирования излучения в определенном интервале длин волн.

В одном варианте спектрометр содержит приемник на базе прибора с зарядовой связью (ПЗС-приемник), а средство для ограничения спектрального интервала содержит маску, установленную перед ПЗС-приемником на траектории излучения, входящего в спектрометр.

Спектрометр может содержать также дифракционную решетку, установленную перед маской на траектории излучения, входящего в спектрометр.

В одном варианте указанный интервал длин волн составляет 350-400 нм.

В варианте изобретения аппарат содержит широкополосный источник оптического излучения, сконфигурированный для испускания излучения при измерении поглощения ограненного драгоценного камня. При этом источник УФ-излучения сконфигурирован для испускания оптического излучения, пригодного для измерения флуоресценции ограненного драгоценного камня, а спектрометр сконфигурирован для измерения флуоресценции в интервале длин волн 400-508 нм и для измерения поглощения в двух интервалах длин волн, 300-350 нм и 400-508 нм.

В другом варианте аппарат сконфигурирован для одновременного измерения флуоресценции и поглощения ограненного драгоценного камня.

В одном варианте приемная система содержит комплект приемных устройств, каждое из которых сконфигурировано для детектирования излучения на отдельных длинах волн из множества длин волн или в интервалах длин волн.

В варианте изобретения комплект приемных устройств содержит спектрометр, сконфигурированный для детектирования излучения в интервале длин волн при измерении поглощения ограненного драгоценного камня.

В конкретном варианте спектрометр сконфигурирован для детектирования излучения в интервале длин волн от примерно 300 нм до примерно 520 нм.

В одном варианте комплект приемных устройств содержит спектрометр, сконфигурированный для детектирования излучения в интервале длин волн, пригодном для измерения спектра комбинационного рассеяния ограненного драгоценного камня.

В одном конкретном варианте спектрометр сконфигурирован для детектирования излучения в интервале длин волн 700-800 нм.

Комплект приемных устройств может содержать по меньшей мере один спектрометр, сконфигурированный для детектирования излучения на длине волны, пригодной для измерения фотолюминесценции ограненного драгоценного камня.

В одном варианте по меньшей мере один спектрометр сконфигурирован для детектирования излучения на длине волны по меньшей мере в одном из интервалов длин волн от примерно 380 нм до примерно 520 нм и от примерно 460 нм до примерно 850 нм.

В другом варианте комплект приемных устройств содержит устройство для формирования изображения, сконфигурированное для детектирования излучения на длине волны, пригодной для измерения флуоресценции или фосфоресценции ограненного драгоценного камня.

В конкретном варианте устройство для формирования изображения является камерой, сконфигурированной для детектирования излучения в интервале длин волн от примерно 400 нм до примерно 700 нм.

В одном варианте устройство для формирования изображения сконфигурировано для формирования изображения при определении типа огранки и/или размера драгоценного камня.

В другом варианте аппарат содержит также средство, способное направлять излучение, испускаемое комплектом источников излучения, к измерительной позиции.

В варианте изобретения средство, способное направлять излучение от комплекта источников излучения к измерительной позиции, содержит оптоволокно.

В одном варианте аппарат дополнительно содержит средство, способное направлять излучение, испускаемое комплектом источников излучения, к измерительной позиции.

В конкретном варианте средство, способное направлять излучение от комплекта источников излучения к измерительной позиции, содержит оптоволокно.

В варианте изобретения аппарат содержит разветвленный оптоволоконный пучок, способный направлять излучение от комплекта источников излучения к измерительной позиции и от измерительной позиции к приемной системе.

В одном варианте разветвленный оптоволоконный пучок содержит оптоволоконные жилы, каждая из которых способна направлять излучение от одного из источников излучения или к одному из приемных устройств.

В другом варианте средство, способное направлять излучение, испускаемое комплектом источников излучения к измерительной позиции, содержит оптический мультиплексор, имеющий множество входов, каждый из которых сопряжен с соответствующим источником излучения, и выход, выполненный с возможностью направлять излучение к измерительной позиции. При этом оптический мультиплексор способен осуществлять выбор излучения, поступившего на один из его входов, и обеспечивать выведение выбранного излучения через его выход.

В другом варианте средство, способное направлять излучение от измерительной позиции к приемной системе, содержит оптический демультиплексор, имеющий вход, сконфигурированный для приема излучения от измерительной позиции, и выходы, каждый из которых сопряжен с одним из приемных устройств. При этом оптический демультиплексор способен осуществлять выбор одного из своих выходов и обеспечивать выведение излучения, поступившего на его вход, через выбранный выход.

В одном варианте оптический мультиплексор и оптический демультиплексор образуют оптический мультиплексор/демультиплексор.

В одном варианте аппарат содержит также средство, способное определять, используя измеренные параметры, является ли ограненный драгоценный камень природным или синтетическим.

В другом варианте аппарат содержит также средство для отличения алмаза от имитации.

Еще в одном варианте аппарат дополнительно содержит средство, способное определять, используя измеренные параметры, подвергался ли ограненный драгоценный камень обработке с целью улучшить его цвет.

В одном варианте аппарат сконфигурирован для одновременного измерения поглощения и спектра комбинационного рассеяния ограненного драгоценного камня.

В одном варианте аппарат сконфигурирован для одновременного измерения фотолюминесценции и спектра комбинационного рассеяния ограненного драгоценного камня.

В другом варианте аппарат сконфигурирован для одновременного измерения поглощения и фотолюминесценции ограненного драгоценного камня.

В одном варианте ограненный драгоценный камень является бриллиантом.

Согласно второму аспекту изобретения создан сортировальный аппарат, содержащий описанный аппарат в любом из его вариантов и сконфигурированный с возможностью сортировки ограненных драгоценных камней в зависимости от их измеренных параметров.

В одном варианте сортировка ограненных драгоценных камней включает определение того, подвергался ли драгоценный камень обработке с целью улучшить его цвет.

В другом варианте сортировка ограненных драгоценных камней включает определение одного или более из следующих их параметров: цвет, размер и тип огранки.

В одном варианте сортировка ограненных драгоценных камней включает отличение бриллиантов от имитаций.

Согласно третьему аспекту изобретения создан способ измерения различных параметров ограненного драгоценного камня, находящегося при проведении измерений в одной и той же измерительной позиции. Способ по изобретению включает:

облучение по меньшей мере части ограненного драгоценного камня излучением первого источника с первой длиной волны или в первом интервале длин волн;

детектирование излучения с первой детектируемой длиной волны или в первом детектируемом интервале длин волн, принятого от измерительной позиции в результате облучения ограненного драгоценного камня излучением с первой длиной волны или в первом интервале длин волн испускаемого излучения;

измерение первого параметра ограненного драгоценного камня с использованием принятого излучения с первой детектируемой длиной волны или в первом детектируемом интервале длин волн;

облучение по меньшей мере части ограненного драгоценного камня излучением второго источника со второй длиной волны, отличной от первой длины волны, или во втором интервале длин волн, отличном от первого интервала длин волн;

детектирование излучения со второй детектируемой длиной волны или во втором детектируемом интервале длин волн, принятого от измерительной позиции в результате облучения ограненного драгоценного камня излучением со второй длиной волны или во втором интервале длин волн испускаемого излучения, и

измерение второго параметра ограненного драгоценного камня с использованием принятого излучения со второй детектируемой длиной волны или во втором детектируемом интервале длин волн.

В одном варианте первая детектируемая длина волны или первый детектируемый интервал длин волн отличается от второй детектируемой длины волны или от второго детектируемого интервала длин волн.

В одном варианте обеспечивают одновременное испускание излучения первым и вторым источниками излучения.

Согласно четвертому аспекту изобретения создан способ сортировки ограненных драгоценных камней, включающий описанный выше способ измерений в любом его варианте и дополнительно включающий сортировку ограненных драгоценных камней в зависимости от их измеренных параметров.

В одном варианте сортировка ограненных драгоценных камней включает определение того, подвергался ли ограненный драгоценный камень обработке с целью улучшить его цвет.

В другом варианте сортировка ограненных драгоценных камней включает их идентификацию в качестве бриллиантов или имитаций.

Согласно пятому аспекту изобретения создан энергонезависимый компьютерный программный продукт, сконфигурированный для осуществления описанных выше способов.

Краткое описание чертежей

Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут описаны варианты изобретения.

На фиг. 1а схематично проиллюстрирован вариант аппарата для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На фиг. 1b схематично проиллюстрирован другой вариант аппарата для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На фиг. 2а представлена блок-схема, иллюстрирующая вариант способа измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На фиг. 2b представлена блок-схема, иллюстрирующая другой вариант способа измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На фиг. 3 схематично проиллюстрирована система для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На фиг. 4 схематично проиллюстрирован следующий вариант аппарата для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На фиг. 5 схематично проиллюстрирован другой вариант аппарата для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На фиг. 6 показан спектр пропускания для типичного длинноволнового пропускающего фильтра.

На фиг. 7 и 8 схематично проиллюстрирован спектрометр, снабженный маской.

Осуществление изобретения

Далее будут описаны варианты способов и аппаратов для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня. Более конкретно, будут описаны варианты способа и аппарата для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня, находящегося при проведении измерений в одной и той же измерительной позиции.

В контексте изобретения термин "параметр" применительно к ограненным драгоценным камням охватывает поглощение драгоценного камня, а также его спектры комбинационного рассеяния и/или фотолюминесценции, цвет или чистоту, а также размер и тип огранки.

Авторы изобретения установили, что надежность и особенно скорость сортировки ограненных драгоценных камней могут быть улучшены, если различные необходимые измерения осуществляются посредством единственного аппарата, когда камень находится в одной и той же (единственной) измерительной позиции.

Согласно конкретным неограничивающим вариантам способов и аппаратов, когда ограненный драгоценный камень находится в одной и той же измерительной позиции, могут проводиться измерения поглощения и комбинационного рассеяния или фотолюминесценции. До этого названные измерения, как правило, проводились не посредством единственного аппарата, а с использованием двух индивидуальных измерительных приборов.

Имеются приборы, применяемые для идентификации природных необработанных алмазов, синтетических алмазов и обработанных алмазов. Например, фирма Diamond Trading Company производит приборы DiamondSure®, DiamondView® и DiamondPLus®, которые используются сертификационными лабораториями. Прибор DiamondSure® основан на измерении поглощения алмаза в видимой области. Камни, спектр поглощения которых указывает на их возможную принадлежность к синтетическим или подвергавшимся обработке алмазам (т.е. к алмазам типа 1аВ или 11а), сертифицируются как относящиеся к данным типам. Камни, успешно прошедшие тестирование на приборе DiamondSure®, тестируются с помощью DiamondView® при их облучении УФ-излучением. Пользователь может изучать изображения результирующей поверхностной флуоресценции, формируемые с использованием камеры. С учетом того что цвета и паттерны флуоресценции синтетического алмаза сильно отличаются от аналогичных параметров природных алмазов, прибор DiamondView® позволяет геммологическим лабораториям и профессиональным ювелирам определять, является ли алмаз природным или синтетическим. Дополнительную информацию могут дать изображения фосфоресценции, также формируемые с помощью DiamondView®.

1-2% алмазов природного происхождения являются номинально свободными от примеси азота. Эти алмазы относятся к типу II и образуют важную категорию алмазов, которые после тестирования на приборе DiamondSure® отсылаются на прибор DiamondView®. После того как с помощью DiamondView® будет подтверждено их природное происхождение, необходимо проверить, не подвергались ли такие камни обработке с целью искусственно улучшить их цвет. Камни тестируют на приборе DiamondPLus, который может быть использован для проведения быстрого измерения фотолюминесценции, существенно уменьшающего количество алмазов типа II, требующих дополнительного, более детального тестирования.

На фиг. 1а схематично проиллюстрирован вариант аппарата для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня, который в процессе измерений находится в одной и той же измерительной позиции. Измерительную позицию 102, в которую помещают ограненный драгоценный камень 104, формирует сам аппарат 100.

Применительно к конкретному аппарату и способу ограненный драгоценный камень 104 - это бриллиант (ограненный алмаз).

Измерительная позиция 102 может содержать плоскую поверхность, на которой ограненный драгоценный камень может быть позиционирован вручную, например, лаборантом. В другом варианте аппарата измерительная позиция 102 может совпадать с траекторией транспортирующего средства, например конвейера или вакуумного транспортера. В таком аппарате конвейер может быть сконфигурирован для транспортирования ограненного драгоценного камня 104 от исходного местоположения, например от бункера, к измерительной позиции 102. В другом варианте аппарата измерительная позиция может быть локализована в емкости (контейнере) для криогенной жидкости, такой как жидкий азот. В данном варианте на время проведения одного или более измерений ограненные драгоценные камни могут быть погружены в жидкий азот. Драгоценные камни могут быть помещены, в частности, в криостат с окном, сквозь которое может проходить излучение.

Когда ограненный драгоценный камень 104 позиционирован в измерительной позиции 102, производят измерения его различных параметров. В варианте аппарата по фиг. 1а используется первый источник 106 оптического излучения (далее - излучения), сконфигурированный для испускания излучения с первой длиной волны или в первом интервале длин волн. В этом варианте аппарата 100 первый источник 106 излучения является широкополосным источником, например вольфрамово-галоидной лампой. В примере, представленном на фиг. 1а, первый источник 106 излучения сконфигурирован для испускания излучения в спектральном интервале, соответствующем примерно 300-520 нм.

В контексте изобретения термин "широкополосный источник излучения" охватывает источники, которые одновременно испускают излучение во всем рабочем интервале длин волн. В частности, под широкополосными понимаются источники излучения, которые не испускают излучение с определенной длиной волны, обладающее фазовой когерентностью, как это имеет место в лазерах, генерирующих на единственной частоте. Широкополосный источник излучения может, например, являться лампой или светодиодом (СД).

Второй источник 108 излучения сконфигурирован для испускания излучения со второй длиной волны или во втором интервале длин волн. В варианте аппарата 100 по фиг. 1а второй источник 108 излучения - это лазерный источник, сконфигурированный для испускания излучения на длине волны 660 нм.

Аппарат 100 предназначен для измерений поглощения в одном интервале длин волн, например, составляющем 300-520 нм, и для измерения комбинационного рассеяния и/или фотолюминесценции в другом интервале длин волн, например, составляющем 700-800 нм. Комбинационное рассеяние и/или фотолюминесценция могут возбуждаться излучением лазерного источника у 660 нм.

Соответственно, первый приемник 110 сконфигурирован для детектирования излучения с первой детектируемой длиной волны или в первом детектируемом интервале длин волн. В варианте аппарата 100 по фиг. 1а первый приемник 110 является спектрометром, сконфигурированным для детектирования излучения в интервале длин волн 300-520 нм.

Второй приемник 112 сконфигурирован для детектирования излучения со второй детектируемой длиной волны или во втором детектируемом интервале длин волн. В варианте аппарата 100 по фиг. 1а второй приемник является спектрометром, сконфигурированным для детектирования излучения с длиной волны в интервале 700-800 нм.

Каждый из первого и второго источников 106, 108 излучения и первого и второго приемников 110, 112 оптически сопряжен с оптоволоконным устройством в виде оптоволоконного пучка 114, который выполнен с возможностью направлять излучение от первого и второго источников 106, 108 излучения к измерительной позиции 102. Кроме того, оптоволоконный пучок 114 способен направлять излучение от измерительной позиции 102 к первому и второму приемникам 110, 112.

Соответственно, оптоволоконный пучок 114 является разветвленным оптоволоконным пучком, содержащим четыре оптоволоконных жилы 114a-114d, которые совместно образуют оптоволоконный кабель 116. Оптоволоконный кабель 116 выполнен таким образом, что один конец каждой из жил 114a-114d подведен к измерительной позиции 102. Оптоволоконный пучок 114 содержит четыре вывода (по одному для каждой жилы), каждый из которых может быть оптически сопряжен с источником 106, 108 излучения или с приемником 110, 112. Таким образом, оптоволоконный пучок 114 сконфигурирован так, чтобы подводить излучение непосредственно к драгоценному камню 104, когда он позиционирован в измерительной позиции 102, и детектировать излучение, выходящее непосредственно из этого камня. Чтобы повысить их эффективность, оптоволоконные жилы 114a-114d хорошо отполированы и приведены в плотный контакт с фасетой площадки (table facet) драгоценного камня 104. Драгоценный камень 104 может быть полированным.

Первый источник 106 излучения подсоединен к жиле 114а, которая направляет излучение, испускаемое первым источником 106 излучения, к измерительной позиции 102 так, что оно облучает по меньшей мере часть этой позиции. Второй источник 108 излучения подсоединен к жиле 114b, которая направляет излучение, испускаемое вторым источником 108 излучения, к измерительной позиции 102 так, что оно также облучает по меньшей мере часть этой позиции. Первый приемник 110 подсоединен к жиле 114с, которая направляет излучение от измерительной позиции 102 к первому приемнику 110.

Вариант аппарата 100 по фиг. 1а содержит также процессор 118, электрически связанный с каждым из первого и второго приемников 110, 112. Процессор 118 сконфигурирован с возможностью определять, по результатам измерений, проведенных приемниками 110, 112, является ли драгоценный камень природным, синтетическим или подвергшимся обработке. Наличие процессора 118 является необязательным. В проиллюстрированной конфигурации процессор может быть сконфигурирован для выведения группы или категории цвета, например, по результатам измерения поглощения.

В одном варианте аппарата первый источник 106 излучения и второй источник 108 излучения могут составлять комплект источников излучения. Следует отметить, что может использоваться любое количество источников излучения, например три, четыре, пять или более источников. Каждый источник излучения может быть сконфигурирован для испускания оптического излучения с длиной волны или в интервале длин волн, отличной (отличном) от длин волн или интервалов длин волн излучения, испускаемого другими источниками. Альтернативно, длины волн или интервалы длин волн для одного или более источников излучения могут совпадать полностью или частично. Кроме того, функции различных источников излучения могут выполняться единственным перестраиваемым источником, сконфигурированным для испускания излучения на одной или более длинах волн или в различных интервалах длин волн. Так, функции первого и второго источников 106, 108 излучения могут обеспечиваться единственным перестраиваемым лазером.

Аналогично приемники могут являться частями приемной системы. В аппарате по изобретению приемная система может содержать любое количество приемников. В типичном варианте каждый отдельный приемник соответствует одному отдельному источнику излучения. В таком варианте приемник конфигурируется для детектирования излучения, поступающего от измерительной позиции 102 в результате облучения излучением соответствующего источника ограненного драгоценного камня, позиционированного в этой позиции. Однако в другом варианте аппарата один приемник может взаимодействовать с группой источников излучения. В таком варианте приемник может быть сконфигурирован для детектирования излучения, поступающего от измерительной позиции 102 в результате облучения излучением первого источника ограненного драгоценного камня, позиционированного в этой позиции, а также для детектирования излучения, поступающего от измерительной позиции 102 в результате облучения ограненного драгоценного камня, позиционированного в этой позиции, с помощью второго источника излучения.

В варианте аппарата 100 по фиг. 1а измерения проводятся с использованием двух индивидуальных источников 106, 108 излучения и двух соответствующих индивидуальных спектрометров 110, 112, подсоединенных к общему оптоволоконному пучку 114. В аппарат 100 могут быть включены один или более оптических фильтров, чтобы управлять излучением, входящим в каждый спектрометр 110, 112. Кроме того, один или оба источника 106, 108 излучения может (могут) содержать затвор, сконфигурированный с возможностью селективно пропускать излучение от источника 106, 108 излучения в соответствующую оптоволоконную жилу 114а, 114b. Такое выполнение может быть желательным, если источники 106, 108 излучения не могут быть включены/отключены легко и/или быстро. Применение затвора также может быть полезным, если технически невозможно изготовить идеальный фильтр для управления излучением, входящим в спектрометр 110, 112, или если затраты на его изготовление недопустимо велики.

На фиг. 1b схематично проиллюстрирован другой аппарат 150. Аппарат 150 имеет конфигурацию, отличную от аппарата 100, т.к. использует раздвоенный оптоволоконный пучок и оптический мультиплексор/демультиплексор. Многие признаки аппарата 150 аналогичны признакам аппарата 100 и поэтому не будут описаны повторно, так что описание аппарата 150 будет сосредоточено на признаках, отличающих его от аппарата 100.

Аппарат 150 содержит оптоволоконный пучок 152, образующий раздвоенный оптоволоконный кабель 154, который содержит первую и вторую жилы 156, 158. Оптоволоконный кабель 154 оптически сопряжен с оптическим мультиплексором/демультиплексором 160. Этот мультиплексор/демультиплексор сконфигурирован для приема различных оптических сигналов и для выведения одного или более из этих сигналов. Оптический мультиплексор/демультиплексор 160 сконфигурирован также с возможностью приема единственного оптического сигнала и для подачи этого сигнала на один из своих выходов.

С оптическим мультиплексором/демультиплексором 160 оптически сопряжены различные источники 162, 164, 166 излучения. С этим мультиплексором/демультиплексором 160 оптически сопряжены также различные спектрометры 168, 170, 172.

В варианте аппарата 150 оптический мультиплексор/демультиплексор 160 сконфигурирован с возможностью выбора одного из пучков излучения, поступающих от одного из источников 162, 164, 166 излучения и введения излучения от выбранного источника в первую жилу 156 оптического кабеля 154. В варианте аппарата 150 оптический мультиплексор/демультиплексор 160 сконфигурирован с возможностью выбора одного из комплекта спектрометров 168, 170, 172 и подведения оптического сигнала, поступившего во вторую жилу 158, к выбранному спектрометру.

Следует отметить, что могут быть использованы оптические мультиплексоры/демультиплексоры, имеющие различные конфигурации, например оптический мультиплексор МРМ-2000, предлагаемый фирмой Ocean Optics. В продаже имеются две его версии: первая версия имеет 1 вход и 16 выходов, а вторая версия - 2 входа и 8 выходов на каждый вход. В аппарате 150 может быть использована вторая версия (с двумя входами). Два входа можно подсоединить к первой и второй жилам 156, 158 раздвоенного оптоволоконного пучка 152; в результате станет возможным использовать до 8 различных спектрометров и до 8 различных источников излучения.

Преимущество такого выполнения состоит в том, что раздвоенный (двужильный) оптоволоконный пучок требуется иметь только в измерительной позиции. Недостаток же может состоять в том, что будет теряться до 50% излучения, поскольку будет необходимо обеспечить подсоединение к одному из 8 входов/выходов. Переключение между входами/выходами может осуществляться посредством двигателя, причем под управлением компьютера.

На фиг. 2а представлена блок-схема способа для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня.

На шаге 200 активируют первый источник 106 излучения для подачи оптического излучения в оптическую жилу 114а оптоволоконного пучка 114, который подводит испускаемое излучение к ограненному драгоценному камню 104, позиционированному в измерительной позиции 102. На шаге 202 широкополосное излучение, испускаемое первым источником 106 излучения, облучающее драгоценный камень 104, отражается этим камнем в обратном направлении. Отраженное излучение входит в оптоволоконный пучок 114 и подводится им к первому приемнику 110 по жиле 114с. Первый приемник 110 измеряет (на шаге 204) спектр отраженного излучения с целью определения поглощения драгоценного камня 104. Это поглощение может быть определено (на шаге 206) первым приемником 110 или процессором 118.

Второй источник 108 излучения активируют (на шаге 208) для испускания оптического излучения на длине волны 660 нм в жилу 114b оптоволоконного пучка 114. Жила 114b направляет испускаемое излучение к драгоценному камню 104, позиционированному в измерительной позиции 102. Это излучение возбуждает в драгоценном камне 104 комбинационное рассеяние (шаг 210). Излучение, испускаемое драгоценным камнем 104, входит в жилу 114d оптоволоконного пучка 114 и подводится по ней ко второму приемнику 112. Второй приемник 112 измеряет спектр излучения комбинационного рассеяния или фотолюминесценции (шаг 212). Измерение спектра комбинационного рассеяния может производиться при комнатной температуре.

По завершении определения поглощения и спектра комбинационного рассеяния и/или фотолюминесценции драгоценного камня 104 процессор 118 определяет, является ли драгоценный камень природным или синтетическим (шаг 214). Аппарат может дополнительно определять цвет, класс или другие физические параметры драгоценного камня. Аппарат может быть сконфигурирован для сортировки драгоценных камней в зависимости от определения того, является ли сортируемый камень природным или синтетическим.

Известные аппараты осуществляют измерение поглощения, после чего драгоценные камни распределяются по различным контейнерам в зависимости от результатов измерений. Контейнеры могут соответствовать следующим видам результатов: "пропуск" ("pass"), "пропуск - тестирование тепловым пером" ("pass - check with thermal pen"), "отсылка" (тип II) ("refer (type II)") и "отсылка" ("refer"). Авторы обнаружили, что при первичной сортировке смеси камней различных видов доля камней, получивших оценку "пропуск - тестирование тепловым пером", может составлять около 20%. Это означает, что около 20% камней должны будут пройти тестирование тепловым пером, чтобы определить, являются ли они природными алмазами или имитациями. Авторы установили также, что включение измерений комбинационного рассеяния устраняет необходимость тестирования тепловым пером. Измерения комбинационного рассеяния позволяют определить, является ли тестируемый камень алмазом, и, если они проводятся параллельно измерениям поглощения, переклассифицировать результаты "пропуск - тестирование тепловым пером" в результаты "пропуск" или "не алмаз", т.е. устранить необходимость в отдельном тестировании посредством теплового пера.

С целью дальнейшего сокращения длительности измерений предлагается скомбинировать измерения поглощения и комбинационного рассеяния, так что камень не нужно будет перемещать между измерениями. В результате камень на всем протяжении измерений остается позиционированным в одной и той же измерительной позиции.

В конкретных вариантах способов и аппаратов согласно изобретению измерения поглощения и комбинационного рассеяния могут проводиться одновременно. Такая возможность обеспечивается тщательным подбором первой и второй длин волн или первого и второго интервалов длин волн испускаемого излучения и первой и второй детектируемых длин волн или первого и второго детектируемых интервалов длин волн. В дополнение, можно сконфигурировать оптические фильтры таким образом, чтобы выбрать желательные длины волн излучения, поступающего в каждый спектрометр. Как уже упоминалось, могут потребоваться также затвор для лампы и/или фильтры.

На фиг. 2b представлена блок-схема способа одновременного измерения различных параметров ограненного драгоценного камня. На шаге 250 активируют первый и второй источники излучения, так что они испускают излучение одновременно. На шаге 252 излучение, испускаемое каждым источником излучения, отражается от драгоценного камня, позиционированного в измерительной позиции. На шаге 254 производятся измерения отраженного излучения, подведенного к первому и второму спектрометрам. На шаге 256 измеренные спектры используют, чтобы определить, является ли драгоценный камень природным или синтетическим алмазом.

В описанных способах измерение поглощения может проводиться в интервале 300-520 нм, тогда как лазерное излучение для возбуждения комбинационного рассеяния может быть на длине волны 660 нм, а спектральный интервал при измерении комбинационного рассеяния и/или фотолюминесценции может составлять 700-800 нм. Таким образом, первый источник излучения испускает излучение в интервале 300-520 нм, а второй источник (служащий для возбуждения комбинационного рассеяния и/или фотолюминесценции) испускает излучение у 660 нм. Выбор двух различных интервалов длин волн для двух типов измерений устраняет взаимные помехи между двумя системами, т.е. делает возможным их одновременное функционирование, сокращая тем самым длительность измерений. В дополнение, с целью задания интервалов длин волн для источников излучения и интервалов длин волн для излучения, входящего в приемники, можно использовать оптические фильтры. Далее, оптоволоконный пучок 114 с четырьмя ветвями делает возможным прохождение излучения, без взаимных помех, от каждого источника излучения к каждому приемнику. Однако в некоторых вариантах может оказаться предпочтительным проводить измерения последовательно. Наличие затвора для лампы может потребоваться, например, если лампа имеет относительно длительное время разогревания. Затвор для лампы может также потребоваться, если технически невозможно изготовить идеальные фильтры с целью задания интервалов длин волн для излучения, испускаемого источниками излучения или принимаемого приемниками, или затраты на изготовление фильтров недопустимо высоки.

Аппараты и способы согласно изобретению позволяют проводить одновременные измерения различных параметров ограненного драгоценного камня и/или последовательные измерения различных параметров ограненного драгоценного камня, когда он остается в неизменном положении. Тестируемый драгоценный камень может быть установлен, например, на оптоволоконный измерительный зонд или на диск, при этом излучение, сфокусированное на драгоценный камень, будет затем собрано для анализа. Излучение может быть сфокусировано на драгоценный камень либо сверху, либо снизу. В вариантах, в которых излучение фокусируется снизу, диск может быть прозрачным.

Способы, рассмотренные со ссылками на фиг. 2а и 2b, могут быть автоматизированы. Это означает, что описанный аппарат может быть сконфигурирован с возможностью обнаруживать, что в измерительной позиции присутствует драгоценный камень и, в случае такого обнаружения, обеспечивать испускание оптического излучения от одного или более источников излучения к измерительной позиции. При этом один или более спектрометров могут быть сконфигурированы для приема излучения от драгоценного камня и для определения его спектральных характеристик. Процессор может быть сконфигурирован с возможностью получать от спектрометра эти спектральные данные, производить их обработку и выводить результат/решение. Данный процесс может осуществляться автоматически или полуавтоматически, причем его управление может обеспечиваться компьютером или самим прибором.

На фиг. 3 схематично и упрощенно проиллюстрирована система 300 для измерения параметров частицы рассыпного материала. Питатель 302 и лоток 304 сконфигурированы так, чтобы направлять камни на вращающийся диск 306. Измерительная позиция 308 расположена на траектории, по которой при вращении диска 306 движется камень. Аппарат 310 для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня установлен, как это описано выше, вблизи измерительной позиции 308 и сконфигурирован с возможностью измерять различные параметры камня, позиционированного в измерительной позиции. В некоторых вариантах системы аппарат 310 находится над измерительной позицией 308. Таким образом, когда камень находится в измерительной позиции, аппарат 310 расположен с той его стороны, которая является противоположной по отношению к диску 306. В варианте, в котором диск 306 является прозрачным, аппарат 310 может быть установлен под диском 306 и может измерять параметры камня сквозь этот диск.

Система 300 сконфигурирована таким образом, что диск 306 приводится во вращение, чтобы транспортировать камни от питателя 302 к измерительной позиции 308. Кроме того, эта система сконфигурирована так, что диск 306 прекращает вращение при достижении камнем измерительной позиции. При таком выполнении камень может удерживаться в измерительной позиции 308 в течение времени, достаточного для проведения более точного измерения.

Пока драгоценный камень находится в измерительной позиции, проводятся различные измерения. Измерения могут производиться одновременно и/или последовательно. Могут измеряться поглощение и/или комбинационное рассеяние, и/или фотолюминесценция и/или производиться измерения на основе формирования изображения. Измерения на основе формирования изображения могут обеспечивать получение информации о размере и типе огранки.

На фиг. 4 представлен аппарат 400 для измерения различных параметров ограненного драгоценного камня. Аппарат задает положение измерительной позиции 402 и сконфигурирован так, чтобы обеспечивать или допускать позиционирование ограненного драгоценного камня 404 в измерительной позиции 402. Измерительная позиция 402 находится внутри емкости 405, которая может быть заполнена холодной текучей средой, такой как жидкий азот.

Аппарат 400 содержит первый источник 406 излучения, который аналогичен первому источнику 106 излучения, проиллюстрированному на фиг. 1а, и поэтому не требует дополнительного описания. Аппарат 400 содержит также второй источник 408 излучения, который аналогичен второму источнику 108 излучения, проиллюстрированному на фиг. 1а, и поэтому не требует дополнительного описания. В дополнение, аппарат 400 содержит третий источник 409 излучения, который является лазерным устройством, сконфигурированным с возможностью испускания излучения для измерения фотолюминесценции ограненного драгоценного камня 404. Третий источник излучения может быть сконфигурирован для испускания излучения, по существу, на одной из следующих длин волн: 325 нм, 375 нм, 458 нм, 514 нм, 785 нм и 830 нм. В другом варианте аппарата третий источник излучения может содержать комплект источников излучения, каждый из которых сконфигурирован для испускания излучения, по существу, на одной из следующих длин волн: 325 нм, 375 нм, 458 нм, 514 нм, 785 нм и 830 нм. Аппарат 400 содержит также четвертый источник 411 излучения, сконфигурированный для испускания оптического излучения, пригодного для измерения флуоресценции и/или фосфоресценции ограненного драгоценного камня 404. В одном варианте аппарата 400 четвертый источник излучения испускает излучение в УФ-диапазоне.

В одном варианте аппарата по меньшей мере один источник излучения, например третий источник излучения, может быть широкополосным источником, например вольфрамово-галоидной лампой. В другом варианте один или более источников излучения могут быть сконфигурированы для селективного испускания лазерного или широкополосного излучения. Например, с этой целью можно закрепить СД на подвижном стержне внутри корпуса источника излучения, и, когда СД будет переведен в положение, соответствующее испусканию широкополосного или лазерного излучения, подвижный стержень заблокирует излучение от лазерного или широкополосного источника излучения соответственно.

Аппарат 400 содержит первый приемник 410, который аналогичен первому приемнику 110, проиллюстрированному на фиг. 1а, и поэтому не требует дополнительного описания. Первый приемник 410 согласован с первым источником 406 излучения, т.е. он сконфигурирован для приема излучения, идущего от измерительной позиции 402 в результате облучения драгоценного камня 404 излучением первого источника 406. При этом первый источник 406 излучения и первый приемник 410 сконфигурированы для измерения поглощения драгоценного камня 404. Аппарат 400 содержит также второй приемник 412, который аналогичен второму приемнику 112, проиллюстрированному на фиг. 1а, и поэтому не требует дополнительного описания. Второй приемник 412 согласован со вторым источником 408 излучения, т.е. он сконфигурирован для приема излучения, идущего от измерительной позиции 402 в результате облучения драгоценного камня 404 излучением второго источника 408. При этом второй источник 408 излучения и второй приемник 412 сконфигурированы для измерения комбинационного рассеяния в драгоценном камне 404. В некоторых вариантах третий источник излучения и третий приемник также способны соответственно испускать и детектировать широкополосное излучение, т.е. производить измерение поглощения.

В других вариантах аппарата 400 его третий приемник 413 представляет собой спектрометр, сконфигурированный для детектирования излучения фотолюминесценции от драгоценного камня 404. Соответственно, третий приемник 413 сконфигурирован для детектирования излучения, по существу, в одном или обоих спектральных интервалах 380-520 нм и 460-850 нм. Еще в одном варианте аппарата третий приемник может содержать комплект приемников, каждый из которых сконфигурирован для детектирования излучения, по существу, в интервале 380-520 нм или 460-850 нм. Третий приемник 413 согласован с третьим источником 409 излучения, т.е. он сконфигурирован для приема излучения от измерительной позиции 402 в результате облучения драгоценного камня 404 излучением третьего источника 409. Таким образом, третий источник 409 излучения и третий приемник 413 обеспечивают возможность измерения фотолюминесценции драгоценного камня 404.

Аппарат 400 содержит, кроме того, четвертый приемник 415, который представляет собой камеру или фотоумножитель, сконфигурированный для детектирования излучения флуоресценции или фосфоресценции от драгоценного камня 404, например камеру, сконфигурированную для детектирования излучения в интервале 400-700 нм. Таким образом, камера может быть выполнена чувствительной к свету (к излучению в видимой области). Четвертый приемник 415 согласован с четвертым источником 411 излучения, т.е. он сконфигурирован для приема излучения от измерительной позиции 402 в результате облучения драгоценного камня 404 излучением четвертого источника 411 излучения. Четвертый источник 411 излучения и четвертый приемник 415 сконфигурированы для осуществления измерения флуоресценции или фосфоресценции драгоценного камня 404.

Источники 406, 408, 409 излучения и приемники 410, 412, 413 оптически сопряжены с оптоволоконным пучком аналогично тому, как это было описано применительно к аппарату 100 по фиг. 1а. Четвертый источник 411 излучения сконфигурирован для непосредственного облучения драгоценного камня 404 своим излучением, а четвертый приемник 415 сконфигурирован для детектирования излучения, идущего непосредственно от драгоценного камня 404.

Аппарат может также содержать процессор, сходный с процессором 118, показанным на фиг. 1а.

Следует отметить, что аппарат 100 по фиг. 1а, как дополнение или альтернатива источникам излучения и приемникам, проиллюстрированным на фиг. 1а, может содержать один или более источников излучения и приемников, имеющихся в аппарате 400 по фиг. 4.

В более общем случае каждый признак, рассмотренный или упомянутый в данном описании, может иметься в аппарате или в способе согласно изобретению, отдельно или в комбинации с любыми другими рассмотренными или упомянутыми в данном описании признаками.

Управление аппаратом 400 осуществляется аналогично управлению аппаратом 100, т.е. так, как это проиллюстрировано на фиг. 2. Каждая соответствующая пара источник излучения/приемник приводится в действие, чтобы осуществить измерение параметра драгоценного камня 404, когда он находится в измерительной позиции 402.

С использованием аппарата 400 можно одновременно проводить измерения двух или более из следующих типов: измерение поглощения, измерение комбинационного рассеяния и измерение фотолюминесценции. Более конкретно, можно одновременно проводить измерения поглощения и комбинационного рассеяния. Альтернативно можно одновременно измерять комбинационное рассеяние и фотолюминесценцию. Можно также проводить последовательные измерения поглощения и фотолюминесценции. Такие измерения могут оказаться востребованными, если технически невозможно изготовить идеальный фильтр для управления интервалом длин волн, испускаемых источниками излучения или принимаемых приемниками, или если затраты на изготовление такого фильтра недопустимо велики.

Как было упомянуто выше, современные аппараты, например аппарат AMS, производимый заявителем настоящего изобретения, осуществляют измерение поглощения, используя, например, излучение с длиной волны в интервале 300-508 нм, и отдельное измерение фотолюминесценции, используя, например, излучение с длиной волны в интервале 700-800 нм. После проведения этих отдельных измерений, камни могут быть помещены в один из пяти контейнеров в зависимости от результатов обоих измерений. Камни, помещенные в контейнер 'ПРОПУСК', не требуют дальнейшего тестирования после описанных измерений, тогда как камни, помещенные в контейнер 'ОТСЫЛКА ДЛЯ ПРОВЕРКИ НА ТИП II', требуют дополнительного тестирования.

Дальнейшее тестирование, как правило, предусматривает удаление камня из аппарата и выполнение измерения фотолюминесценции на другом аппарате. Авторы изобретения установили, что целесообразно проводить эти дополнительные измерения на том же аппарате, поскольку это повысит производительность аппарата и устранит необходимость перемещения камней на другой прибор. Кроме того, не потребуются дополнительные затраты на приобретение другого контрольного прибора.

Чтобы сократить затраты и уменьшить сложность, предлагаются способы и аппараты, использующие единственный спектрометр и относительно недорогой источник УФ-излучения на основе СД (УФ СД источник).

На фиг. 5 представлена схема аппарата 500, содержащего УФ СД источник 511. Аппарат по фиг. 5 способен осуществлять измерения поглощения, фотолюминесценции и флуоресценции полированного алмаза.

Для измерения поглощения камня 504 используются первый источник 506 излучения и первый спектрометр 510. Для измерения флуоресценции используются УФ СД источник 511 излучения и первый спектрометр 510, тогда как лазер 509 и второй спектрометр 513 используются для измерения комбинационного рассеяния/фотолюминесценции. Следует отметить, что включение в аппарат лазера 509 и второго спектрометра 513 не является обязательным.

Аппарат по фиг. 5 не требует применения дополнительного спектрометра для измерения поглощения и флуоресценции, поскольку для этих измерений используется первый спектрометр 510. Не требуются также дополнительные оптоволоконные кабели, поскольку излучение для возбуждения подается поверх УФ СД источника 511, а не подается по оптоволоконному кабелю. При этом УФ СД источник 511 излучения используется вместо более дорогостоящего лазерного источника излучения.

В вариантах способов и аппаратов по изобретению первый спектрометр 510 может содержать ПЗС-приемник. В конкретных вариантах первый спектрометр 510 может быть выполнен, как 'миниатюрный' спектрометр на основе ПЗС-приемника. В подобных устройствах излучение падает на входную щель, а затем диспергируется отражательной дифракционной решеткой и падает на многоэлементный ПЗС-приемник (как правило, содержащий 2048×14 пикселей).

В типичных вариантах известных решений измерения фотолюминесценции и флуоресценции производятся посредством отдельных специализированных спектрометров, причем для предотвращения попадания в спектрометр возбуждающего излучения используется длинноволновый пропускающий фильтр. Данный фильтр, как правило, устанавливается за входной щелью спектрометра и подавляет излучение с длинами волн, меньшими заданной длины волны. Например, если длина волны возбуждающего излучения равна 365 нм, длинноволновый пропускающий фильтр будет пропускать излучение с длинами волн более 390 нм. Спектр пропускания для типичного длинноволнового пропускающего фильтра представлен на фиг. 6.

В случае отсутствия длинноволнового пропускающего фильтра возбуждающее излучение будет попадать в спектрометр и приводить к насыщению ПЗС-приемника, что не позволит детектировать флуоресценцию или фотолюминесценцию. Интенсивность флуоресценции или фотолюминесценции обычно намного слабее, чем интенсивность падающего возбуждающего излучения; поэтому детектирование принимаемого излучения вызывает трудности, даже если ПЗС-приемник не является насыщенным.

Недостаток, связанный с использованием длинноволнового пропускающего фильтра, состоит в том, что никакое излучение не может детектироваться спектрометром на длинах волн, лежащих в пределах полосы, подавляемой этим фильтром. Как следствие, измерение поглощения в этой области невозможно.

Одно решение заключается в использовании длинноволнового пропускающего фильтра, который может механически выводиться с траектории излучения; однако, это усложняет конструкцию и требует модификации корпуса спектрометра. Длинноволновый пропускающий фильтр можно прикрепить, с возможностью механического выведения, к оптоволоконной линии, но разрывание этой линии и ее восстановление после выведения фильтра, как правило, приводит к падению уровня излучения примерно на 40%.

Рассматриваемые способы и аппараты делают возможным измерение поглощения в интервале 300-508 нм и флуоресценции в интервале 400-508 нм с использованием того же самого спектрометра без необходимости в применении длинноволнового пропускающего фильтра.

На фиг. 7 схематично проиллюстрирован первый спектрометр 510. Спектрометр содержит спектральную щель 700, дифракционную решетку 702, маску 704 и многоэлементный ПЗС-приемник 706. На щель 700 падает пучок 708 излучения, и часть излучения проходит через нее и диспергируется дифракционной решеткой 702. После этого диспергированное излучение падает на матричный ПЗС-приемник 706 через маску 704. У маски имеется маскирующий участок 710, который соответствует излучению с длинами волн в интервале 350-400 нм, так что это излучение блокируется и не попадает на ПЗС-приемник 706. Маска блокирует все излучение, падающее на ПЗС-приемник спектрометра в заданном интервале длин волн, который в конкретных вариантах включает УФ-излучение у 365 нм. Поэтому спектры флуоресценции в интервале 400-508 нм могут измеряться без насыщения ПЗС-приемника. Дифракционная решетка, показанная на фиг. 7, - это пропускающая дифракционная решетка; однако, применима и отражательная дифракционная решетка.

Могут производиться также измерения поглощения в интервалах 300-350 нм и 400-508 нм. Информация, содержащаяся в перекрытой маской области 350-400 нм, не является релевантной для сортировки алмазов и не используется, чтобы определить, является ли алмаз природным или синтетическим.

Использование маски в первом спектрометре в сочетании с ПЗС-приемником 706 позволяет использовать спектрометр для измерения как флуоресценции, так и поглощения алмаза.

На фиг. 8 представлено перспективное изображение маски 704 и матричного ПЗС-приемника 706. Можно видеть маску 704, сконфигурированную для блокирования излучения. С каждой стороны маскирующего участка 710 расположены отверстия, сквозь которые может проходить излучение.

Измерение флуоресценции может производиться последовательно с любым другим измерением.

Может быть сконфигурирована компьютерная программа для осуществления любого из описанных способов. Такая программа может быть записана в машиночитаемой среде и являться компьютерным программным продуктом, который может содержать энергонезависимую запоминающую среду, пригодную для использования компьютером. Данный продукт может содержать машиночитаемый программный код, записанный в указанной среде и сконфигурированный для осуществления предложенных способов. Компьютерный программный продукт может быть сконфигурирован для реализации части или всего данного способа с использованием по меньшей мере одного процессора.

Различные способы и аппараты были описаны со ссылками на приведенные чертежи и блок-схемы, иллюстрирующие осуществление способов под управлением компьютера, аппаратов (систем и/или устройств) и/или компьютерных программных продуктов. Должно быть понятно, что некоторые или все варианты предложенных способов могут быть реализованы с использованием программных команд, которые выполняются одним или более компьютерными контурами. Эти команды могут подаваться в процессорный контур универсального назначения, специализированный компьютерный контур и/или в иной контур для обработки программируемых данных, входящий в состав аппарата, так что команды, выполняемые процессорным контуром компьютера и/или иного устройства для обработки программируемых данных, управляют или изменяют состояние транзисторов, значений, записанных в памяти и различных аппаратных компонентов в соответствующих контурах, чтобы реализовать функции/действия, проиллюстрированные в блок-схемах и/или в блоках аппарата или способа, и создать, тем самым, средство (функциональность) и/или структуру для осуществления указанных функций/действий.

Программные команды могут быть также записаны в машиночитаемой среде, которая, в результате, заставляет компьютер или иное программируемое устройство для обработки данных функционировать определенным образом, так что выполнение указанных команд обеспечивает выполнение функций/действий, проиллюстрированных вышеупомянутыми блок-схемами или блоками.

Материальная энергонезависимая машиночитаемая среда может включать электронную, магнитную, оптическую, электромагнитную или полупроводниковую систему хранения данных. Конкретными примерами машиночитаемой среды являются: портативная компьютерная дискета, контур памяти с произвольным доступом, контур постоянной памяти, контур стираемой программируемой постоянной памяти (флэш-память), портативное запоминающее устройство на компакт-дисках и портативное цифровое запоминающее устройство на видеодисках (DVD/Blu-ray).

Программные команды могут быть также загружены в компьютер и/или в иное программируемое устройство для обработки данных, чтобы обеспечить выполнение на данном компьютере и/или ином программируемом устройстве последовательности операций с целью реализовать запускаемый посредством компьютера процесс, так что выполняемые на компьютере или другом программируемом устройстве команды обеспечивают выполнение операций, реализующих описанные функции/действия, проиллюстрированные вышеупомянутыми блок-схемами или блоками.

Таким образом, изобретение может быть реализовано с использованием аппаратных и/или программных средств (включая специализированные микросхемы, резидентные программные средства, микрокод и т.д.), которые реализуются с использованием процессора и которые могут именоваться "контурами", "модулями" и т.п.

Следует также отметить, что в некоторых альтернативных вариантах описанные функции/действия могут осуществляться в порядке, отличном от проиллюстрированного блок-схемами. Например, два блока, проиллюстрированные как выполняемые последовательно, фактически могут выполняться, по существу, одновременно, а некоторые блоки, с учетом их конкретной функциональности или соответствующих им действий, могут выполняться в обратном порядке. Кроме того, функциональность конкретного блока в составе блок-схемы может быть представлена в виде нескольких блоков. Альтернативно или дополнительно, функциональности двух или более блоков могут быть объединены, по меньшей мере частично. Кроме того, между проиллюстрированными блоками могут быть введены и другие блоки.

Специалист в данной области сможет без труда предложить другие варианты изобретения, не выходящие за пределы прилагаемой формулы.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения параметров ограненного драгоценного камня. Устройство состоит из комплекта источников излучения, каждый из которых сконфигурирован для испускания оптического излучения на отдельных длинах или в интервалах длин волн таким образом, чтобы испускаемое излучение облучало, по меньшей мере, часть измерительной позиции. Также устройство содержит приемную систему, сконфигурированную с возможностью детектировать излучение на множестве воспринимаемых длин волн или в воспринимаемых интервалах длин волн для измерения различных параметров. Излучение от комплекта источников излучения к измерительной позиции и от измерительной позиции к приемной системе направляется по оптоволоконным жилам. Комплект приемных устройств состоит из двух спектрометров, первый из которых предназначен для измерения поглощения, а второй для измерения спектра комбинационного рассеяния. Способ заключается в измерении всех параметров одним устройством, при этом ограненный драгоценный камень располагается в одной и той же измерительной позиции Техническим результатом изобретения является увеличение надежности и скорости сортировки ограненных драгоценных камней. 5 н. и 29 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Аппарат, предназначенный для измерения параметров ограненного драгоценного камня, находящегося при проведении измерений в одной и той же измерительной позиции, и содержащий:

комплект источников излучения, каждый из которых сконфигурирован для испускания оптического излучения на отдельных длинах волн из множества длин волн или в интервалах длин волн таким образом, чтобы испускаемое излучение облучало по меньшей мере часть измерительной позиции,

приемную систему, сконфигурированную с возможностью детектировать излучение на множестве воспринимаемых длин волн или в воспринимаемых интервалах длин волн для измерения различных параметров, при этом аппарат обеспечивает прием приемной системой излучения, поступающего от измерительной позиции в результате облучения ограненного драгоценного камня, находящегося в измерительной позиции, причем приемная система содержит комплект приемных устройств, каждое из которых сконфигурировано для детектирования оптического излучения на отдельных длинах волн из множества длин волн или в интервалах длин волн,

разветвленный оптоволоконный пучок, способный направлять излучение от комплекта источников излучения к измерительной позиции и от измерительной позиции к приемной системе и содержащий оптоволоконные жилы, каждая из которых способна направлять излучение от одного из источников излучения к одному из приемных устройств,

причем комплект источников излучения содержит широкополосный источник оптического излучения, сконфигурированный для испускания излучения при измерении поглощения ограненного драгоценного камня, и лазерный источник излучения, сконфигурированный для испускания оптического излучения на длине волны, пригодной для возбуждения в ограненном драгоценном камне комбинационного рассеяния на детектируемой длине волны,

а комплект приемных устройств содержит первый спектрометр, сконфигурированный для детектирования оптического излучения в интервале длин волн при измерении поглощения ограненного драгоценного камня, и второй спектрометр, сконфигурированный для детектирования оптического излучения в интервале длин волн, пригодном для измерения спектра комбинационного рассеяния ограненного драгоценного камня.

2. Аппарат по п. 1, в котором широкополосный источник оптического излучения сконфигурирован для испускания излучения на длинах волн в интервале от примерно 300 нм до примерно 520 нм.

3. Аппарат по п. 1, в котором указанный лазерный источник излучения сконфигурирован для испускания оптического излучения у 660 нм.

4. Аппарат по п. 1, в котором комплект источников излучения сконфигурирован для испускания оптического излучения на длине волны, пригодной для возбуждения фотолюминесценции в ограненном драгоценном камне.

5. Аппарат по п. 4, в котором по меньшей мере один лазерный источник излучения, сконфигурированный для испускания оптического излучения на длине волны, пригодной для возбуждения фотолюминесценции в ограненном драгоценном камне, сконфигурирован для испускания оптического излучения, по существу, у одной из следующих длин волн: 325 нм, 375 нм, 458 нм, 514 нм, 785 нм и 830 нм.

6. Аппарат по п. 1, в котором первый или второй спектрометр содержит средство для ограничения спектрального интервала, сконфигурированное для предотвращения детектирования оптического излучения в определенном интервале длин волн.

7. Аппарат по п. 6, в котором первый или второй спектрометр содержит приемник на базе прибора с зарядовой связью (ПЗС-приемник), а средство для ограничения спектрального интервала содержит маску, установленную перед ПЗС-приемником на траектории излучения, входящего в спектрометр.

8. Аппарат по п. 7, в котором первый или второй спектрометр содержит также дифракционную решетку, установленную перед маской на траектории излучения, входящего в указанный спектрометр.

9. Аппарат по п. 6, в котором указанный интервал длин волн составляет 350-400 нм.

10. Аппарат по п. 1, содержащий источник УФ-излучения, сконфигурированный для испускания оптического излучения, пригодного для измерения флуоресценции ограненного драгоценного камня,

при этом спектрометры сконфигурированы для измерения флуоресценции в интервале длин волн 400-508 нм и для измерения поглощения в двух интервалах длин волн, 300-350 нм и 400-508 нм.

11. Аппарат по п. 10, сконфигурированный для одновременного измерения флуоресценции и поглощения ограненного драгоценного камня.

12. Аппарат по п. 1, в котором первый спектрометр сконфигурирован для детектирования оптического излучения в интервале длин волн от примерно 300 нм до примерно 520 нм.

13. Аппарат по п. 1, в котором второй спектрометр сконфигурирован для детектирования оптического излучения в интервале длин волн 700-800 нм.

14. Аппарат по п. 1, в котором комплект приемных устройств содержит по меньшей мере один дополнительный спектрометр, сконфигурированный для детектирования оптического излучения на длине волны, пригодной для измерения фотолюминесценции ограненного драгоценного камня.

15. Аппарат по п. 14, в котором указанный по меньшей мере один дополнительный спектрометр сконфигурирован для детектирования оптического излучения на длине волны по меньшей мере в одном из интервалов длин волн от примерно 380 нм до примерно 520 нм и от примерно 460 нм до примерно 850 нм.

16. Аппарат по п. 1, в котором комплект приемных устройств содержит устройство для формирования изображения, сконфигурированное для детектирования оптического излучения на длине волны, пригодной для измерения флуоресценции или фосфоресценции ограненного драгоценного камня.

17. Аппарат по п. 16, в котором устройство для формирования изображения является камерой, сконфигурированной для детектирования оптического излучения в интервале длин волн от примерно 400 нм до примерно 700 нм.

18. Аппарат по п. 17, в котором устройство для формирования изображения сконфигурировано для формирования изображения при определении типа огранки и/или размера драгоценного камня.

19. Аппарат по п. 1, содержащий оптический мультиплексор, имеющий множество входов, каждый из которых сопряжен с соответствующим источником излучения, и выход, выполненный с возможностью направлять излучение к измерительной позиции, причем оптический мультиплексор способен осуществлять выбор излучения, поступившего на один из его входов, и обеспечивать выведение выбранного излучения через его выход.

20. Аппарат по п. 1, содержащий оптический демультиплексор, имеющий вход, сконфигурированный для приема излучения от измерительной позиции, и выходы, каждый из которых сопряжен с одним из приемных устройств, причем оптический демультиплексор способен осуществлять выбор одного из своих выходов и обеспечивать выведение излучения, поступившего на его вход, через выбранный выход.

21. Аппарат по п. 1, дополнительно содержащий средство, способное определять, используя измеренные параметры, является ли ограненный драгоценный камень природным или синтетическим.

22. Аппарат по п. 21, дополнительно содержащий средство для отличения алмаза от имитации.

23. Аппарат по п. 21, дополнительно содержащий средство, способное определять, используя измеренные параметры, подвергался ли ограненный драгоценный камень обработке с целью улучшить его цвет.

24. Аппарат по п. 1, сконфигурированный для одновременного измерения поглощения и спектра комбинационного рассеяния ограненного драгоценного камня.

25. Аппарат по п. 1, сконфигурированный для одновременного измерения фотолюминесценции и спектра комбинационного рассеяния ограненного драгоценного камня.

26. Сортировальный аппарат, содержащий аппарат, выполненный в соответствии с п. 1 и сконфигурированный с возможностью сортировки ограненных драгоценных камней в зависимости от их измеренных параметров.

27. Сортировальный аппарат по п. 26, способный в процессе сортировки ограненных драгоценных камней определять, подвергался ли драгоценный камень обработке с целью улучшить его цвет.

28. Сортировальный аппарат по п. 26, способный в процессе сортировки ограненных драгоценных камней определять один или более из следующих их параметров: цвет, размер и тип огранки.

29. Сортировальный аппарат по п. 26, способный в процессе сортировки ограненных драгоценных камней отличать бриллианты от имитаций.

30. Способ измерения различных параметров ограненного драгоценного камня, находящегося при проведении измерений в одной и той же измерительной позиции, включающий:

облучение по меньшей мере части ограненного драгоценного камня оптическим излучением широкополосного первого источника оптического излучения в первом интервале длин волн, предназначенным для измерения поглощения ограненного драгоценного камня;

детектирование первым спектрометром оптического излучения в первом детектируемом интервале длин волн, принятого от измерительной позиции в результате облучения ограненного драгоценного камня излучением в первом интервале длин волн испускаемого излучения;

измерение поглощения ограненного драгоценного камня с использованием принятого излучения в первом детектируемом интервале длин волн;

облучение по меньшей мере части ограненного драгоценного камня излучением лазерного источника излучения со второй длиной волны или во втором интервале длин волн, отличном от первого интервала длин волн, предназначенным для возбуждения в ограненном драгоценном камне комбинационного рассеяния на детектируемой длине волны;

детектирование вторым спектрометром излучения со второй детектируемой длиной волны или во втором детектируемом интервале длин волн, принятого от измерительной позиции в результате облучения ограненного драгоценного камня излучением со второй длиной волны или во втором интервале длин волн испускаемого излучения, и

измерение комбинационного рассеяния ограненного драгоценного камня с использованием принятого излучения со второй детектируемой длиной волны или во втором детектируемом интервале длин волн,

при этом излучение от широкополосного источника оптического излучения и лазерного источника излучения к измерительной позиции и от измерительной позиции к первому и второму спектрометру направляют посредством разветвленного оптоволоконного пучка.

31. Способ по п. 30, в котором первый интервал длин волн отличается от второй детектируемой длины волны или от второго детектируемого интервала длин волн.

32. Способ по п. 30, в котором обеспечивают одновременное испускание оптического излучения широкополосным источником оптического излучения и лазерным источником излучения.

33. Способ сортировки ограненных драгоценных камней, включающий способ согласно п. 30 и дополнительно включающий сортировку ограненных драгоценных камней в зависимости от их измеренных параметров.

34. Энергонезависимый компьютерный программный продукт, сконфигурированный для осуществления способа согласно любому из пп. 30-33.