寶石熒光測量裝置的制作方法

專利名稱：：寶石熒光測量裝置的制作方法
技術領域：
：本發明一般涉及一種寶石學儀器，更具體的講，本發明涉及測量諸如鉆石等寶石的熒光的儀器。
背景技術：
：鉆石這樣的寶石傳統上是根據其外觀特征來分級的。比如，下面這些鉆石性質通常被包含于標準分級報告中形狀、重量(克拉)、透明度、顏色、熒光以及切割特性。在寶石分析內容中，“熒光”指的是當把一顆寶石放在紫外(“UV”)射線中時，從這個寶石中發射出的可見光。鉆石的熒光經常利用以下類別來分級無、微弱、中等、強、和非常強。傳統上，鉆石是由經過訓練以區分并量化上述可見特征(利用或者不利用輔助測試設備)的人類檢測員(humaninspector)來分級的。人類檢測員通過用受控UV光源照射鉆石，并觀察從鉆石發射出的可見光來對鉆石(和其它寶石)進行分級。人類檢測員根據發射出的可見光的強度對鉆石進行分類。在鉆石分級實驗室環境中，技術員們經常會利用熒光參照物“比色石(masterstones)”來提高結果一致性。然而，由于人工進行熒光分級的固有主觀性，可能會把一些寶石誤分類，特別是當鉆石的外形處于類別的邊界時。而且，同一個人類分級員可能因為許多原因而對一塊鉆石作不同的分級，所述原因例如有他或她的疲勞度；環境條件；鉆石的大小和/或切口；熒光的顏色；觀測的方向；光源的不穩定性；等等。現有技術包括許多儀器，它們被設計成通過去除人工成分而使一些寶石分級處理“自動化”。這些儀器是作為人工分級處理的一種驗證，而不是用來完全替代人工分級處理過程。但是，現有技術并不包含價格便宜、易于操作的鉆石熒光測量裝置，該設備被設計成通過用穩定的UV光源照射鉆石來對其熒光進行電子測量。相反，現在有很多為其他用途沒計的精密而昂貴的熒光測量裝置，比如熒光分光譜測量、X光、顯微鏡應用——但是寶石熒光分級并不需要這么精密而昂貴的設備。
發明內容本說明書描述了一種熒光測量裝置。根據本發明配置的熒光測量裝置利用穩定而可調節的UV輻射源或光源。在本說明書所描述的示范性實施例中，UV源包括兩個基本對齊的發光二極管(LED)。鉆石之類的寶石被放置在這兩個發光二極管中間，且發光二極管被激活從而給寶石提供貫穿輻射(trans-radiation，即穿過物體的輻射)和直接輻射(即朝向物體的輻射)的組合。所述熒光測量裝置包括光探測器或者照度計(lightmeter)，其被設置用來測量從所述寶石上發射出來的可見光。所測得的數值可隨后受到處理，并被轉換成字母數字等級(alphanumericgrade)、類別、或者其他合適的處理單位。本發明上述或者其他方面可通過用于待測寶石的測量裝置以一種形式給出。所述熒光測量裝置包括被配置用于給待測寶石提供貫穿輻射和直接輻射的UV輻射源，以及位于待測寶石附近的光探測器。所述光探測器被配置用于檢測待測寶石響應所施加的UV輻射而發射出來的可見光。通過參考詳細描述和權利要求結合考慮下面的附圖，可以獲得對本發明的更全面的理解，附圖中相同的參考數字表示所有附圖中相同的元件。圖1是一種用于寶石的熒光測量裝置的示意圖；圖2是一個示意圖，表明一示范性熒光測量裝置中的發光二極管和光探測器的幾何關系；圖3是一示范性熒光測量裝置中的寶石基座和發光二極管的透視圖；圖4是圖3中所示寶石基座以及位于該寶石基座上的反射鏡的透視圖；圖5是一寶石熒光測量裝置的實用實施例的前視透視圖；以及圖6是圖5中所示的熒光測量裝置的側視圖。具體實施例方式本發明可在此通過各種功能模塊組件和各種處理步驟來描述。應該明白，這些功能模塊可以利用許多被配置用于執行特定功能的硬件、軟件、和/或固件組件來實現。例如，本發明可利用各種集成電路組件，例如存儲器元件、數字信號處理元件、邏輯元件、查找表等等，它們可以在一個或多個微處理器或者其他控制裝置的控制下執行大量的功能。另外，本領域技術人員將明白，本發明可用任何數目的實用方案來實現，且這里所示和所述的系統僅僅是本發明的一種示范性應用。應該明白，這里所示和所述的特定實現方案只是本發明的說明及其最佳方式而絕不是要以任何方式來限定本發明的范圍。事實上為簡明起見，常規的UV輻射產生方案、LED技術、光檢測與測量、寶石分級技術以及所述系統的其他特征或功能(以及這個系統的其他獨立操作部件)可能不在此進行詳細描述。而且，本說明書所含各附圖中所示連接線，是用來表示各種元件之間的示范性功能關系和/或物理連接的。應注意的是，很多替代性或者附加性的功能關系或物理連接可出現在一個實用實施例中。圖1是一個根據本發明配置的寶石熒光測量裝置100的示意圖。圖5是熒光測量裝置100的實用實施例的前視透視圖，而圖6是圖5中所示的熒光測量裝置100的側視透視圖。熒光測量裝置100被合適地配置用于測量寶石(比如鉆石)的熒光。為方便起見，熒光測量裝置100的以下描述涉及鉆石的測量和分級。但是，本發明并不僅限于鉆石用途。熒光測量裝置100通常包括發射腔102、UV輻射源104、照度計組件106、電源108、及可調節電流源110。在圖5和圖6中所示的示范性實施例包括基座外殼112，作為熒光測量裝置100的基礎。基座外殼112可由金屬、塑料或者其他任何合適的材料組成。基座外殼112供作電源電路、可調節電流源110以及熒光測量裝置110的(如果需要的話)其它電路、組件和/或功能元件(這些組件在圖5和圖6的視圖中隱藏了)的外殼。基座外殼112也可供作發射腔102和照度計組件106的安裝平臺，如圖5和圖6所示。熒光測量裝置100的一實施例通過標準的120伏或240伏AC交流線路接收其電能。該示范實施例利用了把交流電轉換成12伏直流電的AC/DC適配器(沒有示出)。圖6展示AC/DC適配器的一個終端114，它連接于一個適當的安裝在基座外殼112上的接口或插座上。在此實施例中，電源108是作為上述AC/DC適配器實現的。在其他實施例中，電源108可被集成到熒光測量裝置100自身之內，比如成為位于基座外殼112中的電路。如下面更詳細描述的，電源108提供電能給UV輻射源104，并且如果需要的話，還提供電能給熒光測量裝置100的其他組件。雖然未示于圖中，熒光測量裝置100還包括一個主通/斷開關，它可以安裝在基座外殼112上。發射腔102是被配置用于放置待測鉆石116的。發射腔102可以由金屬、塑料或其他任何適當的不透明材料制成。在所述示范性實施例中，發射腔102是由黑塑料經機械加工制成的。發射腔102包括一個帶鉸鏈的存取門118，該存取門在關閉時覆蓋存取窗口120。當開啟的時候，存取門118便于放置和取出待測鉆石116。存取窗口120的大小最好是能夠利用進入發射腔102的背景光完成待測鉆石116的放置。在所述示范性實施例中，存取窗口120具有下述近似尺寸1.75英寸×1.75英寸。當關閉的時候，存取門118“封閉”發射腔102，并阻止背景光進入發射腔102的內部。在存取門118下降到關閉位置之后，重力使它保持就位。如圖5所示，熒光測量裝置100可包括安置在發射腔102內部的底座122。底座122也示于圖3和圖4中。在所述示范性實施例中，底座122大致是圓柱形，且其圓周大小是根據發射腔102的內壁輪廓而定的。底座122提供了一個凸起的平面以放置待測鉆石116，因此而更易于從發射腔102的內部放入或取出待測鉆石。底座122的高度是根據熒光測量裝置100(下面將更詳細地介紹)所需的輻射和光探測特性來選擇的。在所述示范性實施例中，底座122大約為0.05至0.10英寸高。底座122同樣可起到作為一部分UV輻射源104的結構固定件的作用(在所述示范性實施例中，在底座122內安裝了一個UV發光二極管)。依照一實用實施例，UV輻射源104包括多個發光二極管。在優選實施例中，UV輻射源104包括下LED124和上LED126。下LED124安置在底座122內部中心，從而使相應的UV輻射向上發射。上LED126被安裝在發射腔102的上部之內，從而使相應的UV輻射向下發射。上LED126的末端在圖5中示出，而上LED126的插口128在圖6中示出。工作時，在發射腔102中保持從發光二極管124/126發射的UV輻射。照度計組件106包括光探測器130、控制處理器132、及連接光探測器130和控制處理器132的電纜134。光探測器130的至少一部分被置于發射腔102的內部，并且鄰近待測鉆石116(如圖1示意性表示的且如圖5所示)。在圖5中，光探測器130位于發射腔102之內的那一部分被顯示處于存取窗口120的左上角。如下面更詳細描述的，光探測器130被配置用于檢測響應被施加到待測鉆石116的UV輻射而白待測鉆石發出的可見光。為便于精確的熒光測量，發射腔102的內部、底座122、及熒光測量裝置100其他位于發射腔102內部的各部分具有無反射表面。比如，發射腔102的內部和底座122可以被涂覆、陽極處理、電鍍、或以其他方式被平滑涂黑從而減少照度計組件106所檢測到的反射光量。圖2是一個示意圖，表明熒光測量裝置100的發光二極管124/126與光探測器130的相對幾何關系。為方便圖2和下面的描述，發光二極管124/126以及光探測器130是用點來表示的。實際上，發光二極管124/126將從一個小區域上發出UV輻射，并且光探測器130將在一個小區域上接收可見光。把這些組件用點來表示可簡化幾何關系的描述。上LED126和下LED124共用一個通用發射軸136(圖2中表示為一垂直虛線)。在這方面，上LED126沿著發射軸136朝向下LED124發射UV輻射，而下LED124沿著發射軸136朝向上LED126發射UV輻射。換句話說，此示范性實施例中的發光二極管124/126是垂直對準的。而且，在一個實際運行的實施例中，所述發光二極管各自都發射出一個相對窄的、圓錐形的UV輻射波束，該UV輻射波束形成角度θ(如圖2中關于LED126所示)。根據一優選實施例，角度0約等于10-20度。這一相對小的角度是符合要求的，因其相對于LED所產生的全部UV輻射具有最大反應，而且因為它有助于輻射源的初始調整和校準。如圖2所示，發光二極管124/126的發射點以距離d分開。在示范性實施例中，d處于0.6至0.8英寸的范圍之內。距離d是根據從待測鉆石116發射出的可見光的所需強度來選擇的。比如，如果需要更高強度，則可減小距離d。雖然距離d在所述示范性實施例中是固定的，為給熒光測量裝置100提供額外的自由度，它也可以是可調節的。在所述示范性實施例中，下LED124包括一個被配置用于放置待測鉆石116的安裝表面138(見圖3)。在實際實施例中，下LED124通常是圓柱形的，具有一個相對平的周邊凸緣起到安裝表面138的作用。可選擇的是，熒光測量裝置100可利用位于下LED124與待測鉆石116中間的保護膜或者帶。工作時，如圖1所示，待測鉆石116被放置在安裝表面138上面的一個凹座(table-down)位置。因此，安裝表面138位于上LED126與下LED124之間。熒光測量裝置100可選擇性地包括不同于LED124的提供安裝表面的結構(沒有示出)。比如，可利用一個放置在發光二極管124/126中間的干凈平板或者窗口。再次參考圖2，光探測器130的位置最好是使其到待測鉆石116(為簡明起見，這對應于圖2中下LED124的位置)的“視線”與發射軸136構成大約45度角α。這個45度角模擬了通常人類檢測員在測量鉆石熒光時用到的視角。UV輻射源104被配置用于給待測鉆石116提供貫穿輻射和直接輻射。在本文中，貫穿輻射表示穿過待測鉆石116的輻射，而直接輻射表示在待測鉆石116上的或者指向它的輻射。在所述示范性實施例中，上LED126主要提供直接輻射，而下LED124則主要提供貫穿輻射。這種對待測鉆石116的組合輻射可以造成一致的測試條件、穩定的UV輻射以及可重復的熒光測量，并且允許測量不透明的鉆石，或者那些只在表面上反應UV輻射而不允許UV輻射實質穿透到鉆石之內的透明鉆石。在所述實際實施例中，發光二極管124/126是相同的。發光二極管124/126具有以下適合用于熒光測量裝置100的特征可見光濾波從而使得所發輻射是純UV輻射；峰值輸出強度在370nm波長附近(即發光二極管提供“長波”UV輻射)；封裝直徑等于5.6mm。發光二極管124/126可用市場上可買到RLT370-10型發光二極管LED來實現，該型號LED可以從奧地利維也納的皇家激光技術研究院(RoithnerLasertechnik)得到。當然，其他市場上可買到的LED發射器也可能適用于熒光測量裝置100，而且可用具有不同運行特性的發光二極管來滿足不同實際應用的需要。基座外殼112應該包括對應于發光二極管124/126的指示器或者狀態燈142。狀態燈142表明是否發光二極管124/126各自處于工作狀態。狀態燈142可由電源108驅動，其監視通往各發光二極管124/126的電流并且在燈滅掉的時候表示故障。UV輻射源104是可調節的，以便于校準和改變施加到待測鉆石116的UV輻射量。實際上，UV輻射源104被連接到可調節電流源110(見圖1)，該電流源控制對發光二極管124/126的驅動電流。由此來調節受驅動電流支配的發光二極管124/126的輸出功率。在所述示范性實施例中，可調節電流源110被配置用于在它們額定功率的80％至120％的范圍驅動發光二極管124/126。盡管不是本發明必需的，可調節電流源110可同時調節流往發光二極管124/126的電流。同時調節對于減少校準的復雜性來說是理想的。可選實施例可具有可各自獨立調節的發光二極管124/126。如圖5和圖6所示，熒光測量裝置100可利用用戶接口元件144(比如可變電阻器、電位計、一個或多個開關、或者電子控制器)來調節UV輻射源104的輸出功率。在這方面，可調節電流源110可由用戶接口元件144來控制。在本說明書的上下文中，UV輻射源104、寶石安裝表面以及可調節電流源110組成一個輻射子系統。所述輻射子系統可用于所示的熒光測量裝置100中，或者用于其他熒光測量應用中。光探測器130包含校正過濾器(correctionfilter)，其將實際測量值轉換成“人類感知(human-perceived)”值。換句話說，光探測器130被配置成使得其光譜響應能夠模擬普通人眼的光譜響應。在實際實施例中，照度計組件106是作為市場上可買到的攝像師用照度計裝置來實現的。一種適合用作照度計組件106的裝置是由德國Nurnberg的GossenFoto制造的Mavolux5032B儀表。該儀表是超高分辨率儀表(分辨率為0.01lux)，對于用在熒光測量裝置100(其測量低光強)中是理想的。在典型的鉆石熒光測量中，光強一般處于0.01至5lux范圍內。照度計組件106是由電池供電的單元，其具有獨立于電源108的電源。可選實施例可將照度計組件106和熒光測量裝置100集成在一起，從而使它們共用一個電源108。照度計組件106的控制器-處理器132包括顯示器146和控制板148。顯示器146是一個LCD元件，其提供由光探測器130測量的可見光的字母數字讀數。在工作中，顯示器146顯示光探測器130所測得的以lux為單位的當前光強。控制板148提供了帶按鈕的用戶接口，其控制照度計組件106的通/斷狀態、顯示范圍、最大讀數、及其他與照度計組件106的運行有關的特征。利用設備100進行的熒光測量可能對所述待測鉆石的尺寸敏感。理想情況下，寶石的熒光特性應與尺寸無關。熒光測量裝置100所用的機制——檢測發射腔102內部可見光強——可能需要進行校準或校正以適應具有一定尺寸范圍的寶石的測試。而且，具有不均勻熒光的鉆石相對于安裝平臺上的鉆石的方向會給出不同讀數。在這方面，熒光測量裝置100可包含反射鏡150，其被配置放在發射腔102中(見圖4)。反射鏡150是由鋁這樣的材料制成的，具有反射表面。當置于發射腔102中之后，反射鏡150的作用是向光探測器130反射某些可見光，而如果沒有這個反射鏡這些可見光可能在發射腔102內部消散。熒光測量裝置100可包含具有不同形狀、大小、顏色和其他反射特性的反射鏡150，以適應不同寶石大小和/或熒光特性。反射鏡150特定的高度、厚度、曲率輪廓、半徑和弧長，以及反射鏡150在發射腔102內部的特定位置，都可以根據待測寶石的類型、寶石的大小、熒光的均勻性以及所需的校準機制來改變。如同人工熒光觀察，可用已經了解其熒光特征的比色石來校準熒光測量裝置100。實際上，熒光測量裝置100應該用一個或多個比色石至少每天校準一次。在校準熒光測量裝置100時，用戶可能需要調整可調節電流源110和/或確定實際測試中需要用的一個或多個反射鏡150。當然，熒光測量裝置100的校準可在一天中定時地進行檢驗。熒光測量裝置100的校準可以彌補發光二極管124/126的老化、發光二極管124/126發射面上的擦傷或沉積、照度計組件106的老化，等等。得到一顆鉆石的熒光測量值是相對簡單的。將存取門118打開，并將待測鉆石116放置在安裝表面138上。實際上，待測鉆石116被放置在安裝表面138上的凹座(table-down)上，并且處于發射軸136的中心。中心定位對于測量的一貫性是重要的，而凹座放置在鉆石的熒光分級中是一個常用方法。其后，存取門118關閉，且待測鉆石116準備接受輻射。存取門118的關閉是一個安全措施，其防止UV輻射偶爾從發射腔102逸出，并且避免背景光的影響混入測量值。在合上主通/斷開關后，熒光測量裝置100應先留置預熱約5分鐘。另外，照度計組件106上的通/斷按鈕應該打到“通”的位置。發光二極管124/126被激活從而提供UV輻射給待測鉆石116。所述整個單元可以在一較長周期內(比如整一天)一直開著，這是因為它的低能耗、有限的發熱量、及發光二極管的極長使用期限。如上所述，發光二極管124/126給待測鉆石116提供貫穿輻射和直接輻射。換句話說，鉆石從上下兩面受到輻射。一旦照度計被啟動，顯示器146即應顯示一個0.00lux的讀數，因為在完全關閉的發射腔102中沒有可見光被記錄。光探測器130檢測待測鉆石116響應UV輻射而發射出的可見光。如上所述，在受到UV輻射激勵時，某些寶石會對可見光產生熒光。由光探測器130檢測到的數量將被處理并轉換成數字化的勒克司(lux)讀數，此勒克司讀數隨后被顯示在顯示器146上。勒克司讀數可以手寫記錄或以電子方式記錄以便計算機存儲和/或處理。利用在鉆石交易中承認的任何數目的熒光分級標準，所述待測鉆石116的數字化勒克司讀數可被轉換成鉆石熒光等級。因此，待測鉆石的熒光是基于照度計組件106所獲得的被檢測可見光測量值來分級的。作為一個實際例子，參見下面的分級標準，其中實測勒克司值代表一個典型的應用因此，熒光測量裝置100可被用來驗證人類鉆石檢測員判定的熒光等級，或者獨立地對鉆石的熒光進行分級。熒光測試設備100在模擬傳統熒光分級的人工觀測環境的同時，排除了人工成分。以上參考優選實施例描述了本發明。但是，那些閱讀了本公開內容的本領域技術人員將會承認，可以對所述優選實施例做出改變或修改，而不脫離本發明的范圍。這些和其他的改變或修改應被包括在如所附權利要求所表達的本發明的范圍內。權利要求1.一種用于待測寶石的熒光測量裝置，所述熒光測量裝置包括紫外(“UV”)輻射源，其被配置用于給所述待測寶石提供貫穿輻射和直接輻射；以及光探測器，其位于所述待測寶石附近，所述光探測器被配置用于檢測所述待測寶石響應被施加到該待測寶石的UV輻射而發射出來的可見光。2.根據權利要求1所述的熒光測量裝置，其中所述UV輻射源包括多個發光二極管(“LED”)。3.根據權利要求2所述的熒光測量裝置，其中所述多個發光二極管由沿著發射軸發射UV輻射的上LED和沿著所述發射軸發射UV輻射的下LED組成。4.根據權利要求3所述的熒光測量裝置，其中所述上LED向所述下LED發射UV輻射；且所述下LED向所述上LED發射UV輻射。5.根據權利要求3所述的熒光測量裝置，其中所述下LED包括被配置用于安置所述待測寶石的安裝表面。6.根據權利要求5所述的熒光測量裝置，其中所述安裝表面被配置成在凹座位置放置所述待測寶石。7.根據權利要求2所述的熒光測量裝置，進一步包括用戶接口元件，其用于調節所述多個發光二極管的輸出功率。8.根據權利要求7所述的熒光測量裝置，其中所述用戶接口元件控制被施加到所述多個發光二極管的電流。9.根據權利要求1所述的熒光測量裝置，其中所述光探測器被配置成其光譜響應模擬人眼的光譜響應。10.一種用于寶石熒光測量裝置的輻射子系統，所述輻射子系統包括上紫外(“UV”)輻射源，其沿著發射軸發射UV輻射；下UV輻射源，其沿著所述發射軸發射UV輻射；以及安裝表面，其位于所述上UV輻射源與所述下UV輻射源之間，被配置用于放置待測寶石。11.根據權利要求10所述的輻射子系統，其中所述上UV輻射源和所述下UV輻射源被配置用于給所述待測寶石提供貫穿輻射和直接輻射。12.根據權利要求10所述的輻射子系統，其中所述上UV輻射源由第一發光二極管(“LED”)構成；并且，所述下UV輻射源由第二發光二極管構成。13.根據權利要求10所述的輻射子系統，其中所述上UV輻射源向所述下UV輻射源發射UV輻射；并且所述下UV輻射源向所述上UV輻射源發射UV輻射。14.根據權利要求10所述的輻射子系統，其中所述下UV輻射源形成所述安裝表面。15.根據權利要求10種所述的輻射子系統，進一步包括用戶接口元件，其用于調節所述上UV輻射源和所述下UV輻射源的輸出功率。16.一種用于寶石的熒光測量方法，所述方法包括從待測寶石的上面和下面，用紫外(“UV”)輻射來輻射該待測寶石；檢測所述待測寶石響應被施加到該待測寶石的UV輻射而發出的可見光，得到被檢測可見光測量值；且基于所述被檢測可見光測量值，對所述待測寶石的熒光進行分級。17.根據權利要求16所述的方法，其中所述用UV輻射源來輻射所述待測寶石的輻射步驟給所述待測寶石提供貫穿輻射和直接輻射。18.根據權利要求16所述的方法，其中所述輻射步驟包括從上發光二極管(“LED”)沿著發射軸發射UV輻射；且從下LED沿著所述發射軸發射UV輻射。19.根據權利要求18所述的方法，其中所述上LED向所述下LED發射UV輻射；并且，所述下LED向所述上LED發射UV輻射。全文摘要依照本發明的一種寶石熒光測量裝置通常包括紫外(“UV”)發射腔、UV輻射源以及照度計組件。所述UV輻射源包括上發光二極管(“LED”)和下發光二極管以對所測試的寶石進行上下兩面的輻射。所述UV輻射源對寶石提供貫穿輻射和直接輻射，且UV輻射源具有可調強度，因此有利于熒光測量裝置的校準。所述照度計組件包括光探測器，其檢測待測寶石響應UV輻射而發射出的可見光。光探測器被配置用于模擬人眼的光譜特性。所述熒光測量裝置把測量的可見光轉換成數字化勒克司讀數，該數字化勒克司讀數可隨后被轉換成所述待測寶石的熒光等級。文檔編號G01N21/64GK1910445SQ200580002197公開日2007年2月7日申請日期2005年1月12日優先權日2004年1月12日發明者R·赫爾茨申請人:國際寶石學院