DE2344144C3 - Vorrichtung zur Feststellung der Bewertungsdaten von Farbedelsteinen, insbesondere Brillanten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung der Bewertungsdaten von Farbedelsteinen, insbesondere Brillanten, mit einem Ellipsoidspiegel, in dessen einem Brennpunkt eine Lichtquelle angeordnet ist, während eine Halterung für den Edelstein drehbar und schwenkbar derart angeordnet ist, daß der andere Brennpunkt des Ellipsoidspiegel in der Rondistebene liegt, mit einem lichtdichten Verschluß an der Halterung um die Fasserkante des Edelsteins herum, mit Fotozellen in der Halterung gegenüber dem Unterteil des Edelsteins und mit Fotozellen zur Messung des Lichtes, das in die durch den einen Brennpunkt und rechtwinklig zur Verbindungsachse zwischen beiden Brennpunkten des Ellipsoidspiegels verlaufende Ebene reflektiert wird.

Entsprechend dem Hauptpatent wird im folgenden die Erfindung in ihrer Anwendung bei einem Brillanten erläutert, sie ist jedoch in gleicher oder sinngemäßer Weise ebenso zur Feststellung der Bewertungsdaten

anderer Farbedelsteine anwendbar.

Das Hauptpatent schafft eine Vorrichtung zur Feststellung der Bewertungsdaten von Farbedelsteinen, insbesondere Brillanten, die — abgesehen von dem durch eine Waage feststellbaren Gewicht - auch die übrigen, bisher der menschlichen Beurteilung unterliegenden Bewertungsgrößen eines Edelsteines objektiv als Meßergebnis festzustellen vermag. Die wichtigsten Konstruktionselemente der Vorrichtung nach dem Hauptpatent sind dabei ein Ellipsoidspiegel, in dessen einem Brennnkt die Lichtquelle angeordnet ist, während die Hälterurig für den Edelstein derart angeordnet ist, daß der andere Brennpunkt des Ellipsoidspiegels in der Rondistebene liegt, wobei ein lichtdichter Verschluß an der Halterung um die Fasserkante des Edelsteines herum vorgesehen ist und Fotozellen in der Halterung gegenüber dem Unterteil des Edelsteines angeordnet sind; ferner sind Fotozellen in der durch den einen Brennpunkt und fechtwinklig zur. Verbindungsachse zwischen beiden Brennpunkten verlaufenden Ebene angeordnet, die das vom Edelstein reflektierte Licht empfangen. Der Ellipsoidspiegel sorgt dabei dafür, daß alles von der Lichtquelle im einen Brennpunkt ausgehende Licht in den Brillanten reflektiert wird und das vom: Brillanten reflektierte Licht zu den Fotozellen zurückgelangt, so daß man aus der Differenz des eingestrahlten und des zu den Fotozellen zurückgelangenden Lichtes eine objektive Aussage über die Brillanz des Edelsteines mächen kann. Durch drehbare und schwenkbare Lagerung der Halterung des Brillanten können einerseits kleinere Fehler eliminiert und andererseits Einschlüsse im Brillanten festgestellt werden, wenn man diesen mittels eines Laserstrahls als Lichtquelle »abwickelt«.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach dem Hauptpatent noch weiter zu verbessern, und zwar sowohl hinsichtlich der Messung der Färb- und Schliffeigenschaften als auch hinsichtlich der Fluoreszenz als auch hinsichtlich der Ermittlung eventueller Einschlüsse im Edelstein.

Bei der Vorrichtung nach dem Hauptpatent erfolgt die Messung des vom Stein reflektierten Lichtes als Helligkeitsmessungen mittels der um den einen Brennpunkt angeordneten Fotozellen. Zur Farbbestimmtung des Edelsteines strahlt man daher über die Lichtquelle Licht in den verschiedenen Farben des Spektrums ein und mißt mit den Fotozellen die Intensität des vom Stein reflektierten Lichtes. Nun zeigt sich, daß viele Brillanten eine Fluoreszenzeigenschaft insofern besitzen, als in den Stein eingestrahltes, kurzwelliges Licht eine Lichtemission des Steins in einem Farbbereich erzeugt, der zum langwelligeren Bereich, d. h. in Richtung auf das Infrarot-Ende des Spektrums, verschoben ist. Mit anderen Worten, das eingestrahlte, kurzwellige Licht zeigt an den Fotozellen eine schlechte Ausbeute (nämlich zusätzliche Verminderungen um den Fluoreszenzanteil), während bei den folgenden Messungen bei längerer Wellenlänge an den Fotozellen eine zusätzliche Ausbeute an reflektiertem Licht in Erscheinung tritt, die aus der Fluoreszenz herrührt. Für die Summenmessung der Brillanz des Farbedelsteines, d. h. für die Messung seiner Brillanz über den gesamten Farbbereich, ist diese Fluoreszenz ohne Bedeutung, weil es hierbei ja nur darauf ankommt, wieviel Lichtenergie insgesamt vom Stein reflektiert wird, sei es dierekt oder über die Fluoreszenz. Bei der Farbbestimmung des Edelsteines ergeben sich aus dieser Fluoreszenz jedoch gewisse Abweichungen, die

rfa3bar zu machen einer der Gegenstände der vorliegenden Weiterentwicklung der Vorrichtung nach Hern Hauptpatent ist.

Hierzu ist bei einer Vorrichtung tier eingangs beschriebenen Art gemäß der vorliegenden Erfindung oreesehen, daß in der Ebene durch den einen Brennpunkt und rechtwinklig zur Verbindungslinie Zwischen den Brennpunkten eine das reflektierte Licht ufnehmende und zur einen Einrichtung zur differenzierten Lichtmessung leitende Lichtleitvorrichtung angeordnet ist.

Während man also bei der Vorrichtung nach dem Hauptaptent polychromatisches Licht zunächst mit em Spektralapparat, nämlich einem Monochromator, fn die einzelnen Farbanteile zerlegte und diese Faibanteile dann nacheinander in den einen Brennpunkt des Ellipsoidspiegel leitete, um mittels der Fotozellen das reflektierte Licht dann in seiner Helligkeit abzumessen, sieht die vorliegende Erfindung vor, daß in dem einen Brennpunkt des Ellipsoidspiegel polychro- »o matisches Licht ausgestrahlt und das vom Edelstein reflektierte Licht über die Luftleitvorrichtung zu einem S ktralapparat _gefQhrt wird, der das reflektierte Licht in die Farbanteile zerlegt, wobei dann diese Farbanteile mit Fotozellen einzeln gemessen und bestimmt werden. D es bedeutet nicht nur eine beträchtliche Vereinfachung und Abkürzung des Meßvorganges sondern kommt auch insofern den natürlichen Verhältnissen sehr η-he als ja in der Natur auch der Stein von nolvchromatischem Licht beleuchtet wird und seine dann gegebene Brillanz und Farbwertigkeit ermittelt werden soll. Die dabei durch die beschriebene Fluoreszenz auftretende Verschiebung im Farbspektrum wird mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den natürlichen Verhältnissen entsprechend

Die Lichtleitvorrichtung kann aus einem Lichtleitkörner insbesondere aus einem Lichtleitbündel bestehen, bei' denen es sich bekanntlich um lichtleitende Glasfasern handelt.

Statt ein verhältnismäßig dickes Lichtleitfaserbundel anzuwenden, kann man aber gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch vorsehen, daß die lichtleitvorrichtung einen optischen Sammler, beisnielsweise eine Sammellinse, ein Linsensystem oder f'inen fokussierenden Spiegel in der Ebene um den penannten einen Brennpunkt herum aufweist wobei dann ein Lichtleitkörper oder Lichtleitfaserbündel vom Brennpunkt bzw. dem Brennring dieses optischen Sammlers ausgeht und zum Spektralapparat fuhrt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn man bei der im Hauptpatent beschriebenen »Abwicklung« des Edelsteines mittels eines Laserstrahles den Edelstein derart auf der Halterung anordnet, daß der untere vielflächige Pyramidenkörper oben liegt und die Tafel unterhalb des lichtdichten Verschlusses in der Rondistebene angeordnet ist, wobei dann der Laserstrahl in den vielflächigen Pyramidenkörper eintritt Der Laserstrahl wird dann an der gegenüberliegenden Seite der vielflächigen Pyramide austreten, es sei denn er trifft auf einen Einschluß innerhalb des Edelsteines, der zur Streuungen führt, wobei der rechtwinklig aus der Tafel des Edelsteines austretende Anteil über die Fotozellen in der Halterung gemessen wird und ein Maßstab für das Vorhandensein und die Große der Einschlüsse gibt. Diese aus der Tafe austretende Strahlung kann man mittels einer Sammellinse bündeln ;,nH durch eine entsprechende Blende auf die Fotozellen in der Halterung leiten.

Der Vorteil dieser Art der »Abwicklung« des Edelsteines zur Ermittlung von Einschlüssen liegt darin, daß der »abwickelnde« Laserstrahl nicht durch die zahlreichen Facettenkanten der unteren Facetten des Edelsteines hindurchtritt, wobei diese Lichtstrahlen zwangsläufig auf die Fotozellen treffen und mit Fremdlicht bestrahlen, das bei der Auswertung der »Abwicklung« ausgeschieden werden muß, weil es nicht von Einschlüssen herrührt.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles erläutert, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei Teile um der besseren Übersichtlichkeit willen weggelassen sind,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsform mit optischen Sammlern,

Fig.3 in einer schematischen Darstellung die Farbbestimmung des Edelsteines nach dem Hauptpatent,

F i g. 4 in einer ebenso schematischen Darstellung die Farbbestimmung des Edelsteines nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.5 in einem schematischen Vertikalschnitt die Durchführung der »Abwicklung« des Edelsteines zur Ermittlung von Einschlüssen und
F i g. 6 einen Ausschnitt aus F i g. 5 als Variante. In F i g. 1 ist die beispielsweise Vorrichtung allgemein mit 10' bezeichnet.

Im einzelnen besteht die Vorrichtung 10' aus einem Unterteil 12, einen Reflektorteil 14, der mit Flanschen 13 auf dem Unterteil 12 ruht, und auf dessen oberes Ende ein mit dem Flansch 15 angedeutetes Oberteil liegt. Der Reflektorteil 14 ist auf seiner Innenseite als Ellipsoidspiegel 20 ausgebildet, wobei im einen Brennpunkt 18 die Lichtquelle angeordnet ist, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Lichtleitbündel 39 besteht, das von einer mit dem Pfeil 39" angedeuteten polychromatischen Lichtquelle angestrahlt wird. Das im Brennpunkt 18 liegende Ende 40 des Lichtleitbündels 39 ist halbkugelförmig ausgebildet, um eine sich über 180° erstreckende Abstrahlcharakteristik zu erhalten.

Im anderen Brennpunkt 19 des Ellipsoidspiegels 20 befindet sich ein Farbedelstein oder Brillant 21, der im Unterteil 12 so gelagert ist, daß der Brennpunkt 19 in der Rondistebene des Brillanten 21 liegt.

Im einzelnen besteht das Unterteil 12 aus einer gehäusefesten Deckplatte 124, an die sich ein Kugelmantelring 125 anschließt, in dem wiederum eine Halterung 28 drehbar und verschwenkbar gelagert ist wozu die Halterung 128 einen im Kugelmantelring 12! passend gleitenden Kugelmantelring 127 aufweist. An unteren Ende einer inneren Ringschürze 132 ist eit umlaufender Zahnkranz 130' angeordnet, mit dem ein< angetriebene Schnecke 130 kämmt, um die Halterunj 128 in Drehrichtung anzutreiben. In einer Vertiefuni 138 der Halterung 128 liegen zwei Scheiben 139, die ei mittleres Loch 140 aufweisen, das den Brillanten 21 ur die Rondistebene herum luftdicht umgreift. Di Scheiben 139 sind leicht auswechselbar und es wird ei Satz derartiger Scheiben 139 mit verschieden große Löchern 140 für verschieden große Diamanten vorräti gehalten.

Unterhalb der Scheiben 139 ist drehfest auf einei Schaft 129 ein fester Kasten 126 angeordnet, dessc

Hohlraum mit Fotozellen 136 bestückt ist. Der feste Kasten 126 ist zwar in Richtung des Doppelpfeiles 131 verschwenkbar, jedoch drehfest angeordnet, so daß man die Ausgänge der Fotozellen 136 über nicht dargestellte Drahtanschlüsse gewinnen kann. Der Brillant 21 dreht sich also gemeinsam mit der drehbaren Halterung 128 angetrieben durch die Schnecke 130, während der Kasten 126 drehfest ist, sich aber mit der drehbaren Halterung 128 verschwenken kann, was in F i g. 5 dargestellt ist. Zwischen dem Kasten 126 und der Halterung 128 und zwischen dieser Halterung 128 und dem Kugelmantelring 125 sind zweckmäßig Gleitbeläge 141 angeordnet.

Neu gegenüber der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent ist bei der Vorrichtung 10' die Anordnung eines Lichtleitkörpers beispielsweise in Gestalt eines Bündels von Lichtleitfasern 371, deren Enden in der rechtwinklig zur Verbindungsachse zwischen den Brennpunkten 18, 19 und durch den Brennpunkt 18 verlaufenden Ebene liegen, während die anderen Enden der Lichtleitfasern 371 an einen bei 380 schematisch dargestellten Spektralapparat angeschlossen sind, der das über die Lichtleitfasern 371 zugeleitete Licht in die Spektralfarben zerlegt, wobei dann der Ausgang des Spektralapparates 380 in den einzelnen Farbbereichen mit nicht dargestellten Fotozellen gemessen und der Ausgang der Fotozellen einer Strommeßvorrichtung 381 zugeführt wird. Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird also im Umterschied zur Vorrichtung nach dem Hauptpatent nicht innerhalb des Ellipsoidspiegels 20 mit Fotozellen die Helligkeit des reflektierten Lichtes gemessen, sondern das reflektierte Licht wird über die Lichtleitfasern 371 zu einem Spcktralapparat 380 geleitet, dessen Ausgang im Sinne der Farbbestimmung des Farbcdelstcines über Fotozellen nach Farben getrennt gemessen wird. Demgemäß wird polychromatisches Licht im einen Brennpunkt 18 des Ellipsoidspiegel 20 in die Vorrichtung 10' eingeleitet.

Der Unterschied in der Arbeitsweise der Vorrichtung 10' gemäß der vorliegenden Erfindung zur Vorrichtung 10 (F i g. 3) gemäß dem Hauptpatent soll nun anhand der F i g. 3 und 4 dargelegt werden. Während zur Farbbestimmung beim Hauptpatent polychromatisches Licht von einer Lichtquelle 39" zunächst in einem Spcktralapparat 380, z. B, einem Monochromator, in seine Farbanteile zerlegt wurde, um diese Farbnntcilc einzeln über das Lichtleitbündel 39 in die Vorrichtung 10 einzuleiten, woraufhin dann über Fotozellen 37 mittels einer Strommcßvorrichlung 381 die Helligkeit des reflektierten Lichtes in den einzelnen Fnrbbcrcichcn gemessen wurde, wie es schemalisch in Fig,3 dargestellt ist, zeigt Fig.4 die Arbeitsweise bei der vorliegenden Erfindung, bei der polychromatisches Licht über eine Lichtquelle 39" in die Vorrichtung 10' eingeleitet wird, wobei dann das vom Edelstein reflektierte Licht über Lichtlellvorrichtungcn 371 bis 375 aufgefangen und zu einem Spektralapparat 380 geleitet wird, der das reflektierte Licht In seine Farbantellc zerlegt, die dann einzeln über Fotozellen abgetastet werden, um den Ausgang der Fotozellen mit einem Strommcßgcrat 381 abzulesen, Bei der Vorrichtung gcmHß der vorliegenden Erfindung wird also In einem einzigen MeQvorgang - den natürlichen Verhältnissen entsprechend — polychromatisches Licht im einen Brennpunkt des Ellipsoidspiegel ausgestrahlt und das vom Edelstein reflektierte Licht wird dann in seine Furbitntcllc zerlegt und gemessen. Das McOcrgcbnls spiegel! dabei automatisch auch die natürliche Wirkung der oben erläuterten Fluoreszenzerscheinung wider, obwohl man grundsätzlich natürlich auch in der Lage ist, diese Fluoreszenzerscheinung gesondert zu messen. Während bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ein verhältnismäßig dickes Bündel von Lichtleitfasern 371 erforderlich ist, ist bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 vorgesehen, daß in der rechtwinklig zur Verbindungsachse zwischen den Brennpunkten des Ellipsoidspiegel 20 und durch den einen Brennpunkt verlaufenden Ebene eine ringförmige Sammellinse 372 angeordnet ist, die das vom Edelstein reflektierte Licht im Brennring 374 sammelt, so daß man einen verhältnismäßig dünnen Lichtleitfaserbündelring 375 verwenden kann, um das reflektierte Licht zum Spektralapparat oder zum Monochromator 380 zu leiten. Auch andere Linsensysteme oder Linsen sind anwendbar, z. B. eine Linse mit exzentrischem Brennpunkt und einer Bohrung für die Lichtquelle. F i g. 2 zeigt auch noch eine weitere Variante, bei der

»ο statt der Ringsammellinse 372 ein in strichpunktierten Linien bei 373 angedeuteter Parabolringspiegel vorgesehen ist, dessen Brennpunkte 374 desgleichen auf einem Kreis liegen, von dem aus über die Lichtleitfasern 375 das reflektierte Licht zum Spektralapparat oder Monochromator 380 gelangt.

Während im Hauptpatent zur Ermittlung von Einschlüssen innerhalb des Brillanten 21 vorgesehen war, daß man diesen Brillanten mittels eines Laserstrahles »abwickelt«, wobei der Brillant 21 in der zuvor beschriebenen Weise mit obenlicgcndcr Tafel in der Halterung 128 angeordnet ist, kann man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß der Darstellung in den F i g. 5 und 6 auch vorsehen, daß der Brillant 21 mit seiner Unterseite nach oben in den Scheiben 139 gelagert wird. Dann wird auf die im Hauptpalcnt beschriebene Weise ein aus einem Laser 50 kommender Laserstrahl 51 über einen Spiegel 53 in den Brillanten 21 geleitet, wobei dieser Laserstrahl 51 gemäß der Darstellung in Fig.6 bei einem idealen Brillanten 21 ganz wieder aus dem oberhalb der Platten 139 liegenden Unterteil des Brillanten 21 gemäß der Darstellung bei 52 austritt. Enthält der Brillant 21 jedoch Einschlüsse, wie beispielsweise Luftblasen, dann erfährt der Laserstrahl 51 innerhalb des Brillanten eine gewisse Streuung, aus der sich ein aus der Tafel 150 des Brillanten 21 austretender Anteil an parallelen Strahlen 151 ergibt, deren Ausbeute mit den Fotozellen 136 in der Halterung 126 gemessen wird. Diese aus der Tafel 150 austretende Strahlung ist dabei ein Maßstab für die Einschlüsse im

SP Brillanten 21 und die »Abwicklung« knnn auf die im Hüuptpatont beschriebene Weise vorgenommen werden,

Zur Erzielung der erstrebten Totalreflexion de! eingestrahlten Laserstrahles 51 un der Tafel 150 kunr

SS man diese durch Drehung und Verschwenkung dci Halterung 128 bewirkte »Abwicklung« vorprogrummic ron, indem man zunächst den günstigsten, richtigei Elnstrahlwlnkcl des Laserstrahls 51 nahe der unterci Spitze des Brillanten 21 und nahe der Rondlstcbcm

te experimentell ermittelt, um dann die beschrieben »Abwicklung« unter Berücksichtigung dieser günstig sten Elnstrahlwinkcl durchzuführen.

Gemttß der in FI g. 6 dargestellten Variante kann ma

in dem drehfesten, aber schwenkbaren Kasten 12(

(S unterhalb des Brillanten 21 eine Sammellinse 15 anordnen, die die parallele Ausstrahlung 151 bunde

und durch eine Blende 153 zu den Fotozellen 136' leitet Der Begriff »Fotozelle« Ist im weitesten Sinne dies«

Wortes zu verstehen als ein Element, das unter der Wirkung von eingestrahltem Licht ein der Intensität des eingestrahlten Lichtes entsprechendes Ausgangssignal elektrischer oder anderer Art liefert.

Bei der Brillanz- oder Farbbestimmung zur Ausschaltung des Fehlers, der sich daraus ergibt, daß die Endkappen des den Ellipsoidspiegel bildenden Ellipsoids nicht bei der Reflexion mitwirken, kann man den Brillanten 21 in seiner Halterung drehen und verschwenken. Dabei ist ebenso wie bei der Drehung und linearen Verschwenkung des Brillanten zu dessen »Abwicklung« zum Zwecke der Feststellung von Einschlüssen kann man zur Auswertung der Ausgänge der Fotozellen einen Λ-y-Schreiber anwenden, wobei die Drehbewegung des Brillanten der x-Koordinate und die lineare Verschwenkung des Brillanten der y-Koordinate zugeordnet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

709 030/206

Claims (5)

; ;| Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Feststellung der Bewertungsdaten von Farbedelsteinen, insbesondere Brillanten, mit einem Ellipsoidspiegel, in dessen einem Brennpunkt eine Lichtquelle angeordnet ist, während eine Halterung für den Edelstein drehbar'und schwenkbar derart angeordnet ist, daß der andere Brennpunkt des Ellipsoidspiegel in der Rondistebene liegt, mit einem lichtdichten Verschluß an der Halterung um die Fasserkarite des Edelsteins herum, mit Fotozellen in der Halterung gegenüber dem Unterteil des Edelsteines und mit Fotozellen jzur Messung des Lichtes, das in die durch den einen Brennpunkt und rechtwinklig zur Verbindungsachse zwischen den beiden Brennpunkten des Ellipsoidspiegels verlaufende Ebene reflektiert wird, nach Patent 23 13 783, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene durch den einen Brennpunkt (18) und rechtwinklig zur Verbindungsachse zwischen den Brennpunkten (18,19) eine das reflektierte Licht aufnehmende und zu einer Einrichtung (380, 381) zur differenzierten Lichtmessung leitende Lichtleitervorrichtung (371 bis 375) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitvorrichtung aus einem Lichtleitkörper, insbesondere einem Lichtleitbündel

(371) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitvorrichtung einen optischen Sammler, beispielsweise eine Sammellinse

(372) oder einen fokussierenden Spiegel (373) in der genannten Ebene umfaßt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lichtmessung aus einem Spektralapparai (380) mit nachgeschalteten Fotozellen und Strommeßgerät (381) besteht, wobei ein x-y-Schreiber derart angesteuert wird, daß die Drehbewegungen der x-Koordinate und die Linearbewegung der y-Koordinate zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halterung (128) unter dem Brillanten (21) eine Sammellinse (152) und eine Blende (153) angeordnet sind.