JP3577164B2 - 照明装置及び色・形状測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤモンド等の宝石の色，形状を測定するために積分球を使って宝石を照明するための照明装置及びこれを用いた色・形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宝石を鑑定する場合、カラー、カラット、クラリティ、カットの４つの評価項目を基準にして行うのが一般的である。この宝石鑑定の客観性を高めるためには４つの評価項目の各評価値を定量的に測定する必要がある。特に、宝石のカラー，クラリティ、カットを正確にする測定するためには照明方法を工夫する必要がある。
図４は、積分球を分割可能に構成することにより積分照明（均一照明）と一般照明とを切り換え可能にした照明装置を示しており、特開平５−２９１８１６号に開示されているものである。
【０００３】
積分球１を主半球２と副半球３とで形成し、主半球２から副半球３を着脱可能にしている。主半球２と副半球３の境界領域であって副半球３の着脱方向と直交する一頂点に撮像光学系４の宝石像取込窓を設け、この宝石像取込窓に対し積分球中心を挟んだ対向面に被検物保持装置５の宝石保持部を挿入する宝石挿脱窓を設けている。
【０００４】
また、撮像光学系４と光路を共用する落射照明系６が設けられている。落射照明系６は撮像光学系４と光路を共用することにより宝石像取込窓から宝石Ｊに向けて照明光を導入するものである。主半球２の側面に、横方向照明系７からの照明光を落射照明系６と直交する方向より積分球内に導入するための窓を設けている。
【０００５】
宝石Ｊは被検物保持装置５によって宝石挿脱窓より積分球内に挿入され、撮像光学系４の焦点位置に配置される。宝石Ｊの色測定を行う場合は、主半球２に副半球３を取り付けて密閉状態を確保し、横方向照明系７より照明光を積分球内に導入する。これにより一部の照明光は宝石Ｊに直接入射するが、その他の多くの照明光は積分球内面で無限反射して完全拡散光となって宝石Ｊをムラなく均一に照明する。このような均一照明された宝石に焦点をあわせた撮像光学系４の信号を解析することにより宝石Ｊの色測定値を取得する。また、宝石Ｊの形状測定を行う場合は、主半球２から副半球３を取り外した後、落射照明系６から照明光を宝石Ｊに照射する。
【０００６】
ここで、宝石Ｊの形状測定時に限り副半球３を取り外しているのは、色測定時のような照明を実施したのでは撮像光学系４で取得される宝石像のコントラストが著しく低下してしまうからである。
【０００７】
また、宝石の形状はテーブル面側から観察される形状に加えて、側方から観察される形状も取得する必要がある。このため、被検物保持装置５は撮像光学系４の焦点位置を中心にして宝石Ｊの姿勢を９０度まで横転できるようにしている。図５に示すように、積分球１の両側に突き出した一対の支持板８ａ，８ｂに、宝石保持部の両側に設けた一対の側方板９ａ，９ｂを回動自在に取り付けることにより、取り外している副半球３側へ振り出して宝石Ｊの姿勢を変化させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した照明装置は、宝石Ｊの形状測定時に副半球３を取り外すことにより宝石像のコントラスト低下の防止を図っているが、図４に示すように主半球２の一部が宝石Ｊの後側に半分程度まで回り込んでいるため、撮像光学系４によって撮影された宝石像は半分だけコントラストが低下するという欠点がある。このことは宝石像から宝石Ｊの外観形状を読み取る場合に、形状の測定精度が低下することを意味する。
【０００９】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、積分球の割り方を工夫することにより色測定時には高密閉度及び均一照明を達成し、形状測定時には高コントラストを得ることのできる照明装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のような手段を講じた。
請求項１に対応する本発明は、固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、副分割球に設けられ、被検物を積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、主分割球に取り付けられ、被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、主分割球に取り付けられ、少なくとも主分割球の内壁で一次反射して被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、撮像光学系の合焦面に被検物を配置し、被検物を撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、位置調整機構によって撮像光学系の合焦面に配置する被検物の姿勢を変化させる観察方向変換機構と、副分割球を主分割球に対して着脱する着脱機構とを具備し、主分割球は、積分球の中心を通りかつ主分割球と副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する主分割球の所定領域に設けられ、撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、積分球の中心を通りかつ分割面に対して垂直方向の直線と直交する主分割球の所定領域に設けられ、照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、副分割球は、被検物取付窓を第１の取付窓に対向する所定領域に設け、被検物の色測定を行う場合、主分割球と副分割球とを合わせて積分球を形成し、被検物の形状測定を行う場合、主分割球から副分割球を分離する照明装置である。
【００１１】
請求項２に対応する本発明は、固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、副分割球に設けられ、被検物を積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、主分割球に取り付けられ、被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、主分割球に取り付けられ、少なくとも主分割球の内壁で一次反射して被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、撮像光学系の合焦面に被検物を配置し、被検物を撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、位置調整機構によって撮像光学系の合焦面に配置する被検物の姿勢を変化させる観察方向変換機構と、副分割球を主分割球に対して着脱する着脱機構と、撮像光学系の出力信号に基づいて被検物の色及び形状を解析する解析装置とを具備し、主分割球は、積分球の中心を通りかつ主分割球と副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する主分割球の所定領域に設けられ、撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、積分球の中心を通りかつ分割面に対して垂直方向の直線と直交する主分割球の所定領域に設けられ、照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、副分割球は、被検物取付窓を第１の取付窓に対向する所定領域に設け、着脱機構は、被検物の色測定を行う場合に主分割球と副分割球とを合わせて積分球を形成し、被検物の形状測定を行う場合に主分割球から副分割球を分離する色・形状測定装置である。
【００１２】
請求項３に対応する本発明は、請求項１記載の照明装置において、積分球は、主分割球と副分割球との分割面を積分球の前記中心からずらし、積分球の前記中心を含む一方を主分割球とし、他方を副分割球として形成する。
【００１３】
請求項４に対応する本発明は、請求項２記載の色・形状測定装置において、積分球は、主分割球と副分割球との分割面を積分球の前記中心からずらし、積分球の中心を含む一方を主分割球とし、他方を副分割球として形成する。
【００１４】
請求項５に対応する本発明は、請求項１記載の照明装置において、観察方向変換機構は、被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の姿勢を撮像光学系の合焦面上で変化させる。
請求項６に対応する本発明は、請求項２記載の色・形状測定装置において、観察方向変換機構は、被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の姿勢を撮像光学系の合焦面上で変化させる。
請求項７に対応する本発明は、固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、副分割球に設けられ、被検物を積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、主分割球に取り付けられ、被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、主分割球に取り付けられ、少なくとも主分割球の内壁で一次反射して被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、撮像光学系の合焦面に被検物を配置し、被検物を撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の姿勢を撮像光学系の合焦面上で変化させる観察方向変換機構と、副分割球を主分割球に対して着脱する着脱機構と、撮像光学系の出力信号に基づいて被検物の色及び形状を解析する解析装置とを具備し、主分割球は、積分球の中心を通りかつ主分割球と副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する主分割球の所定領域に設けられ、撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、積分球の中心を通りかつ分割面に対して垂直方向の直線と直交する主分割球の所定領域に設けられ、照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、副分割球は、被検物取付窓を第１の取付窓に対向する所定領域に設け、着脱機構は、被検物の色測定を行う場合に主分割球と副分割球とを合わせて積分球を形成し、被検物の正面形状又は側面形状の測定を行う場合に主分割球から副分割球を分離し、観察方向変換機構は、着脱機構により主分割球から副分割球を分離した状態で、被検物の正面形状の測定を行う場合に被検物の正面を撮像光学系に向け、被検物の側面形状の測定を行う場合に位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の側面を撮像光学系に向ける色・形状測定装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１には実施の形態に係る照明装置の構成が示されている。
積分球１０は、その内部が空洞となっている球形をなしており、内壁が白色の塗料で均一に塗られている。積分球１０をその中心を含んだ切断面と平行な切断面にて２つの部分に分割し、積分球１０の中心を含んでいる方を主分割球１１とし、もう一方を副分割球１２とする。なお、積分球１０をその中心点を含んだ切断面で２分割した場合（当分割）は、固定側を主分割球とし、移動側を副分割球とする。
【００１７】
積分球１０の中心を通り上記分割面と垂直となる直線Ｌ１が交差する主分割球１１上の位置に宝石像を取り込むための検出器取付窓１３を設け、上記直線Ｌ１が交差する副分割球１２上の位置に積分球１０に対して宝石Ｊを出し入れするための被検物取付窓１４を設けている。被検物取付窓１４は宝石Ｊの大きさ等に対応できるように窓径を調整可能なシャッター機構等で構成する。また、積分球１０の中心を通り上記直線Ｌ１と直交する直線Ｌ２が主分割球１１と交差する位置に照明手段取付窓１５を設けている。
【００１８】
主分割球１１の検出器取付窓１３には、被検物取付窓１４の付近を合焦点とする撮像光学系１６を介して検出手段１７が接続されている。検出手段１７はＣＣＤカメラ等の光電変換素子で構成する。検出手段１７には信号ケーブル１８を介して解析装置１９が接続される。解析装置１９は検出手段１７から送られてくる信号に基づいて宝石Ｊの色及び形状を解析する機能を搭載する。
【００１９】
また、主分割球１１の照明手段取付窓１５には、照明光学系２１を介して測定光源２２が設置されている。測定光源２２はハロゲンランプ等で構成する。照明光学系２１は測定光源２２の光源像を照明手段取付窓１５に結像させるように作用する。
【００２０】
副分割球１２の被検物取付窓１４に対向して副分割球１２から独立した位置調整機構２３が設置されている。位置調整機構２３は、宝石Ｊの装着された指輪が取り付けられ宝石Ｊを撮像光学系１６の光軸方向となる直線Ｌ１方向に調整する機能を有する。位置調整機構２３が宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面に配置するように位置調整する。この位置調整機構２３を合焦面の法線を中心に３６０度回転させる回転機構２４を備える。回転機構２４は観察方向変換機構２５により合焦面内のある一軸を中心に９０度回転させることができる。観察方向変換機構２５は、宝石Ｊの配置位置を中心とした所定の曲率を持っており、この観察方向変換機構２５上を回転機構２４を摺動させることにより、回転機構２４及び位置調整機構２３を介して保持された宝石Ｊの姿勢を回転させることができる。
【００２１】
また、副分割球１２の外面に支持片２６が固定され、積分球１０とは別体に設けられたはねのけ機構２７に支持片２６が回転軸２８にて軸支されている。はねのけ機構２７を動作させることにより、副分割球１２が主分割球１１から分離して積分球１０が割れるようになっている。
【００２２】
以上のように構成された照明装置において、宝石Ｊの色測定を行う場合の作用について説明する。
主分割球１１と副分割球１２とを組み合わせて球状の積分球１０を形成し、被検物取付窓１４の窓径を最大に広げる。宝石Ｊが装着された指輪を位置調整機構２３に取り付け、宝石Ｊが積分球内に入るように位置調整機構２３を操作した後、被検物取付窓１４の窓径を小さくして積分球１０の密閉度を高める。位置調整機構２３を操作して宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面に移動させることにより測定準備が完了する。
【００２３】
測定光源２２より発っせられた照明光は、照明光学系２１により照明手段取付窓１５の近傍に光源像を結んだ後に積分球内に導入される。照明手段取付窓１５から積分球内に入射した照明光は主分割球１１の対向面に到達して一次反射し、その反射光が積分球内で無限回反射することにより完全拡散光となって宝石Ｊを均一に照明する。
【００２４】
このようにして完全拡散照明された宝石の像は検出器取付窓１３から撮像光学系１６に入射し、検出手段１７の検出面上に宝石の像が形成される。この宝石の像をカラー撮像して解析装置１９へ送ることにより宝石Ｊの色が測定されることになる。
【００２５】
したがって、宝石Ｊを積分球照明（完全拡散照明）することにより、宝石Ｊがあらゆる方向から照明されるので、照明ムラ及び形状が非対称によることによる測定のばらつきがなくなり、測定精度が向上する。
【００２６】
次に、この照明装置において、宝石Ｊの形状測定を行う場合の作用について説明する。
先ず、宝石Ｊの正面形状（ダイヤモンドであればテーブル面側から観察した形状）を測定する。副分割球１２をはねのけ機構２７を動作させて主分割球１１から取り外して図２に示すような状態にする。宝石Ｊの装着されている指輪を被検物保持装置の位置調整機構２３に取り付け、宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面まで移動させる。位置調整機構２３により宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面に配置することで測定準備が完了する。
【００２７】
測定光源２２より照明光を発することにより照明手段取付窓１５から積分球内に照明光を導入すると、主分割球１１の照明手段取付窓１５と対向する内壁に到達して一次反射を引き起こす。副分割球１２が取り外されているので一次反射光の一部は外部に漏光してしまうが、残りの多くの反射光は再び主分割球１１の内壁で反射することになる。
【００２８】
この結果、図２に示すように主分割球１１の分割開口から所定距離離れた位置であって分割開口面の中心に相当する位置に宝石Ｊが配置されているので、撮像光学系１６からみたときに宝石Ｊの背景に積分球１０の白色の内壁が回り込むことがなくなり、宝石Ｊのコントラストの低下を防止できる。また、照明状態はほぼリング照明と同様となり円周方向での照明ムラがなくなる。
【００２９】
このようにしてコントラストを低下させること無くリング照明された宝石の像は検出器取付窓１３から撮像光学系１６に入射し、検出手段１７の検出面上に宝石Ｊを正面から観察した像が形成される。この宝石の正面像を撮像して解析装置１９へ送って宝石Ｊの正面形状を画像処理により測定することができる。
【００３０】
したがって、宝石Ｊのコントラストを低下させることなく、かつ照明ムラを生じること無くリング照明された宝石の正面像から形状を測定するので、エッジをより正確に検出する事ができ、形状の測定精度が向上するものとなる。
【００３１】
次に、宝石Ｊの側面形状の測定を行う。
宝石Ｊの側面観察を行うために、正面形状を測定した際の測定準備状態（図２）から、図３に示すように被検物保持装置の観察方向切換機構２５によって宝石Ｊの姿勢を９０度回転させる。すなわち、回転装置２４および位置調整機構２３を図２に示す状態から図３に示す状態に変化させるため、回転装置２４を観察方向切換機構２５上を摺動させることにより回転装置２４すなわち宝石Ｊが観察方向切換機構２５の曲率にしたがって姿勢が傾き、所定位置まできたところで９０度横転することになる。
【００３２】
このとき、上記したように観察方向切換機構２５の曲率は合焦面に配置されている宝石Ｊを中心としているので、宝石Ｊは合焦面上の位置は維持したまま姿勢だけが変化することになる。
【００３３】
このようにして測定準備が完了したら、測定光源２２より照明光を発生させて照明手段取付窓１５から積分球内に照明光を導入することにより、上記した正面形状測定の場合と同様にコントラストを低下させること無く、リング照明された宝石の側面像は検出器取付窓１３から撮像光学系１６に入射し、検出手段１７の検出面上に宝石Ｊを側面から観察した像が形成される。この宝石の側面像を撮像して解析装置１９へ送って宝石Ｊの側面形状を画像処理により測定することができる。
【００３４】
したがって、正面形状を測定した場合と同様に宝石Ｊのコントラストを低下させることなく、かつ照明ムラを生じること無くリング照明された宝石の側面像から形状を測定するので、エッジをより正確に検出する事ができ、側面形状の測定精度が向上するものとなる。
【００３５】
なお、上記した実施の形態では測定光源２２にハロゲンランプを使用しているが、キセノンランプ等の他の種類の光源であっても同様の効果を期待できる。測定光源２２にキセノンランプを使用した場合、照明光の色温度を補正する必要が無く、かつ宝石Ｊの自家蛍光も考慮した色測定が可能となり、人間の目の感覚に非常に近い評価を行える利点がある。
【００３６】
また、撮像光学系１６を構成するＣＣＤカメラはカラー単板の他に３板型のものを使用することができる。３板型のＣＣＤカメラを使用することにより解像力が上がるため、測定精度が向上する利点がある。なお、モノクロＣＣＤとＲＧＢ３原色フィルターとを組合わることによっても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、副分割球１２を主分割球１１に対して着脱するはねのけ機構２７は回転軸２８を使用した回転方式であるが、アリ溝機構を用いたスライド方式、又は蝶板を用いた開放方式を用いても良い。
【００３８】
また、上記した実施の形態では、積分球１０をその中心を含んだ切断面から所定距離ずれたところで当該切断面と平行な面で２つの部分に分割しているが、積分球１０の中心を含んだ切断面で２分割しても同様な効果を奏する事ができる。すなわち、形状測定のために積分球を割って撮像光学系１６から宝石Ｊをみたときに、宝石Ｊの後側に積分球の内面が回り込まないように積分球を分割していれば積分球の分割面や照明光学系２１の位置は図１に示す例に限られない。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、積分球を固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能とすることにより被検物の色測定時には高密閉度及び均一照明を達成し、被検物の形状測定時には高コントラストを得ることのできる照明装置及びこれを用いた色・形状測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明装置及びこれを用いた色・形状測定装置の構成図である。
【図２】図１に示す色・形状測定装置において宝石の正面形状を測定する状態を示す図である。
【図３】図１に示す色・形状測定装置において宝石の側面形状を測定する状態を示す図である。
【図４】従来の宝石照明装置の構成図である。
【図５】図４に示す宝石照明装置において側面形状を測定する状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…積分球
１１…主分割球
１２…副分割球
１３…検出器取付窓
１４…被検物取付窓
１５…照明手段取付窓
１６…撮像光学系
１７…検出手段
１９…解析装置
２１…照明光学系
２２…測定光源
２３…位置調整機構
２４…回転機構
２５…観察方向変換機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤモンド等の宝石の色，形状を測定するために積分球を使って宝石を照明するための照明装置及びこれを用いた色・形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宝石を鑑定する場合、カラー、カラット、クラリティ、カットの４つの評価項目を基準にして行うのが一般的である。この宝石鑑定の客観性を高めるためには４つの評価項目の各評価値を定量的に測定する必要がある。特に、宝石のカラー，クラリティ、カットを正確にする測定するためには照明方法を工夫する必要がある。
図４は、積分球を分割可能に構成することにより積分照明（均一照明）と一般照明とを切り換え可能にした照明装置を示しており、特開平５−２９１８１６号に開示されているものである。
【０００３】
積分球１を主半球２と副半球３とで形成し、主半球２から副半球３を着脱可能にしている。主半球２と副半球３の境界領域であって副半球３の着脱方向と直交する一頂点に撮像光学系４の宝石像取込窓を設け、この宝石像取込窓に対し積分球中心を挟んだ対向面に被検物保持装置５の宝石保持部を挿入する宝石挿脱窓を設けている。
【０００４】
また、撮像光学系４と光路を共用する落射照明系６が設けられている。落射照明系６は撮像光学系４と光路を共用することにより宝石像取込窓から宝石Ｊに向けて照明光を導入するものである。主半球２の側面に、横方向照明系７からの照明光を落射照明系６と直交する方向より積分球内に導入するための窓を設けている。
【０００５】
宝石Ｊは被検物保持装置５によって宝石挿脱窓より積分球内に挿入され、撮像光学系４の焦点位置に配置される。宝石Ｊの色測定を行う場合は、主半球２に副半球３を取り付けて密閉状態を確保し、横方向照明系７より照明光を積分球内に導入する。これにより一部の照明光は宝石Ｊに直接入射するが、その他の多くの照明光は積分球内面で無限反射して完全拡散光となって宝石Ｊをムラなく均一に照明する。このような均一照明された宝石に焦点をあわせた撮像光学系４の信号を解析することにより宝石Ｊの色測定値を取得する。また、宝石Ｊの形状測定を行う場合は、主半球２から副半球３を取り外した後、落射照明系６から照明光を宝石Ｊに照射する。
【０００６】
ここで、宝石Ｊの形状測定時に限り副半球３を取り外しているのは、色測定時のような照明を実施したのでは撮像光学系４で取得される宝石像のコントラストが著しく低下してしまうからである。
【０００７】
また、宝石の形状はテーブル面側から観察される形状に加えて、側方から観察される形状も取得する必要がある。このため、被検物保持装置５は撮像光学系４の焦点位置を中心にして宝石Ｊの姿勢を９０度まで横転できるようにしている。図５に示すように、積分球１の両側に突き出した一対の支持板８ａ，８ｂに、宝石保持部の両側に設けた一対の側方板９ａ，９ｂを回動自在に取り付けることにより、取り外している副半球３側へ振り出して宝石Ｊの姿勢を変化させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した照明装置は、宝石Ｊの形状測定時に副半球３を取り外すことにより宝石像のコントラスト低下の防止を図っているが、図４に示すように主半球２の一部が宝石Ｊの後側に半分程度まで回り込んでいるため、撮像光学系４によって撮影された宝石像は半分だけコントラストが低下するという欠点がある。このことは宝石像から宝石Ｊの外観形状を読み取る場合に、形状の測定精度が低下することを意味する。
【０００９】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、積分球の割り方を工夫することにより色測定時には高密閉度及び均一照明を達成し、形状測定時には高コントラストを得ることのできる照明装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のような手段を講じた。
請求項１に対応する本発明は、固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、副分割球に設けられ、被検物を積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、主分割球に取り付けられ、被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、主分割球に取り付けられ、少なくとも主分割球の内壁で一次反射して被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、撮像光学系の合焦面に被検物を配置し、被検物を撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、位置調整機構によって撮像光学系の合焦面に配置する被検物の姿勢を変化させる観察方向変換機構と、副分割球を主分割球に対して着脱する着脱機構とを具備し、主分割球は、積分球の中心を通りかつ主分割球と副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する主分割球の所定領域に設けられ、撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、積分球の中心を通りかつ分割面に対して垂直方向の直線と直交する主分割球の所定領域に設けられ、照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、副分割球は、被検物取付窓を第１の取付窓に対向する所定領域に設け、被検物の色測定を行う場合、主分割球と副分割球とを合わせて積分球を形成し、被検物の形状測定を行う場合、主分割球から副分割球を分離する照明装置である。
【００１１】
請求項２に対応する本発明は、固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、副分割球に設けられ、被検物を積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、主分割球に取り付けられ、被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、主分割球に取り付けられ、少なくとも主分割球の内壁で一次反射して被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、撮像光学系の合焦面に被検物を配置し、被検物を撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、位置調整機構によって撮像光学系の合焦面に配置する被検物の姿勢を変化させる観察方向変換機構と、副分割球を主分割球に対して着脱する着脱機構と、撮像光学系の出力信号に基づいて被検物の色及び形状を解析する解析装置とを具備し、主分割球は、積分球の中心を通りかつ主分割球と副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する主分割球の所定領域に設けられ、撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、積分球の中心を通りかつ分割面に対して垂直方向の直線と直交する主分割球の所定領域に設けられ、照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、副分割球は、被検物取付窓を第１の取付窓に対向する所定領域に設け、着脱機構は、被検物の色測定を行う場合に主分割球と副分割球とを合わせて積分球を形成し、被検物の形状測定を行う場合に主分割球から副分割球を分離する色・形状測定装置である。
【００１２】
請求項３に対応する本発明は、請求項１記載の照明装置において、積分球は、主分割球と副分割球との分割面を積分球の前記中心からずらし、積分球の前記中心を含む一方を主分割球とし、他方を副分割球として形成する。
【００１３】
請求項４に対応する本発明は、請求項２記載の色・形状測定装置において、積分球は、主分割球と副分割球との分割面を積分球の前記中心からずらし、積分球の中心を含む一方を主分割球とし、他方を副分割球として形成する。
【００１４】
請求項５に対応する本発明は、請求項１記載の照明装置において、観察方向変換機構は、被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の姿勢を撮像光学系の合焦面上で変化させる。
請求項６に対応する本発明は、請求項２記載の色・形状測定装置において、観察方向変換機構は、被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の姿勢を撮像光学系の合焦面上で変化させる。
請求項７に対応する本発明は、固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、副分割球に設けられ、被検物を積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、主分割球に取り付けられ、被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、主分割球に取り付けられ、少なくとも主分割球の内壁で一次反射して被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、撮像光学系の合焦面に被検物を配置し、被検物を撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の姿勢を撮像光学系の合焦面上で変化させる観察方向変換機構と、副分割球を主分割球に対して着脱する着脱機構と、撮像光学系の出力信号に基づいて被検物の色及び形状を解析する解析装置とを具備し、主分割球は、積分球の中心を通りかつ主分割球と副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する主分割球の所定領域に設けられ、撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、積分球の中心を通りかつ分割面に対して垂直方向の直線と直交する主分割球の所定領域に設けられ、照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、副分割球は、被検物取付窓を第１の取付窓に対向する所定領域に設け、着脱機構は、被検物の色測定を行う場合に主分割球と副分割球とを合わせて積分球を形成し、被検物の正面形状又は側面形状の測定を行う場合に主分割球から副分割球を分離し、観察方向変換機構は、着脱機構により主分割球から副分割球を分離した状態で、被検物の正面形状の測定を行う場合に被検物の正面を撮像光学系に向け、被検物の側面形状の測定を行う場合に位置調整機構を所定の曲率に従って摺動させて被検物の側面を撮像光学系に向ける色・形状測定装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１には実施の形態に係る照明装置の構成が示されている。
積分球１０は、その内部が空洞となっている球形をなしており、内壁が白色の塗料で均一に塗られている。積分球１０をその中心を含んだ切断面と平行な切断面にて２つの部分に分割し、積分球１０の中心を含んでいる方を主分割球１１とし、もう一方を副分割球１２とする。なお、積分球１０をその中心点を含んだ切断面で２分割した場合（当分割）は、固定側を主分割球とし、移動側を副分割球とする。
【００１７】
積分球１０の中心を通り上記分割面と垂直となる直線Ｌ１が交差する主分割球１１上の位置に宝石像を取り込むための検出器取付窓１３を設け、上記直線Ｌ１が交差する副分割球１２上の位置に積分球１０に対して宝石Ｊを出し入れするための被検物取付窓１４を設けている。被検物取付窓１４は宝石Ｊの大きさ等に対応できるように窓径を調整可能なシャッター機構等で構成する。また、積分球１０の中心を通り上記直線Ｌ１と直交する直線Ｌ２が主分割球１１と交差する位置に照明手段取付窓１５を設けている。
【００１８】
主分割球１１の検出器取付窓１３には、被検物取付窓１４の付近を合焦点とする撮像光学系１６を介して検出手段１７が接続されている。検出手段１７はＣＣＤカメラ等の光電変換素子で構成する。検出手段１７には信号ケーブル１８を介して解析装置１９が接続される。解析装置１９は検出手段１７から送られてくる信号に基づいて宝石Ｊの色及び形状を解析する機能を搭載する。
【００１９】
また、主分割球１１の照明手段取付窓１５には、照明光学系２１を介して測定光源２２が設置されている。測定光源２２はハロゲンランプ等で構成する。照明光学系２１は測定光源２２の光源像を照明手段取付窓１５に結像させるように作用する。
【００２０】
副分割球１２の被検物取付窓１４に対向して副分割球１２から独立した位置調整機構２３が設置されている。位置調整機構２３は、宝石Ｊの装着された指輪が取り付けられ宝石Ｊを撮像光学系１６の光軸方向となる直線Ｌ１方向に調整する機能を有する。位置調整機構２３が宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面に配置するように位置調整する。この位置調整機構２３を合焦面の法線を中心に３６０度回転させる回転機構２４を備える。回転機構２４は観察方向変換機構２５により合焦面内のある一軸を中心に９０度回転させることができる。観察方向変換機構２５は、宝石Ｊの配置位置を中心とした所定の曲率を持っており、この観察方向変換機構２５上を回転機構２４を摺動させることにより、回転機構２４及び位置調整機構２３を介して保持された宝石Ｊの姿勢を回転させることができる。
【００２１】
また、副分割球１２の外面に支持片２６が固定され、積分球１０とは別体に設けられたはねのけ機構２７に支持片２６が回転軸２８にて軸支されている。はねのけ機構２７を動作させることにより、副分割球１２が主分割球１１から分離して積分球１０が割れるようになっている。
【００２２】
以上のように構成された照明装置において、宝石Ｊの色測定を行う場合の作用について説明する。
主分割球１１と副分割球１２とを組み合わせて球状の積分球１０を形成し、被検物取付窓１４の窓径を最大に広げる。宝石Ｊが装着された指輪を位置調整機構２３に取り付け、宝石Ｊが積分球内に入るように位置調整機構２３を操作した後、被検物取付窓１４の窓径を小さくして積分球１０の密閉度を高める。位置調整機構２３を操作して宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面に移動させることにより測定準備が完了する。
【００２３】
測定光源２２より発っせられた照明光は、照明光学系２１により照明手段取付窓１５の近傍に光源像を結んだ後に積分球内に導入される。照明手段取付窓１５から積分球内に入射した照明光は主分割球１１の対向面に到達して一次反射し、その反射光が積分球内で無限回反射することにより完全拡散光となって宝石Ｊを均一に照明する。
【００２４】
このようにして完全拡散照明された宝石の像は検出器取付窓１３から撮像光学系１６に入射し、検出手段１７の検出面上に宝石の像が形成される。この宝石の像をカラー撮像して解析装置１９へ送ることにより宝石Ｊの色が測定されることになる。
【００２５】
したがって、宝石Ｊを積分球照明（完全拡散照明）することにより、宝石Ｊがあらゆる方向から照明されるので、照明ムラ及び形状が非対称によることによる測定のばらつきがなくなり、測定精度が向上する。
【００２６】
次に、この照明装置において、宝石Ｊの形状測定を行う場合の作用について説明する。
先ず、宝石Ｊの正面形状（ダイヤモンドであればテーブル面側から観察した形状）を測定する。副分割球１２をはねのけ機構２７を動作させて主分割球１１から取り外して図２に示すような状態にする。宝石Ｊの装着されている指輪を被検物保持装置の位置調整機構２３に取り付け、宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面まで移動させる。位置調整機構２３により宝石Ｊを撮像光学系１６の合焦面に配置することで測定準備が完了する。
【００２７】
測定光源２２より照明光を発することにより照明手段取付窓１５から積分球内に照明光を導入すると、主分割球１１の照明手段取付窓１５と対向する内壁に到達して一次反射を引き起こす。副分割球１２が取り外されているので一次反射光の一部は外部に漏光してしまうが、残りの多くの反射光は再び主分割球１１の内壁で反射することになる。
【００２８】
この結果、図２に示すように主分割球１１の分割開口から所定距離離れた位置であって分割開口面の中心に相当する位置に宝石Ｊが配置されているので、撮像光学系１６からみたときに宝石Ｊの背景に積分球１０の白色の内壁が回り込むことがなくなり、宝石Ｊのコントラストの低下を防止できる。また、照明状態はほぼリング照明と同様となり円周方向での照明ムラがなくなる。
【００２９】
このようにしてコントラストを低下させること無くリング照明された宝石の像は検出器取付窓１３から撮像光学系１６に入射し、検出手段１７の検出面上に宝石Ｊを正面から観察した像が形成される。この宝石の正面像を撮像して解析装置１９へ送って宝石Ｊの正面形状を画像処理により測定することができる。
【００３０】
したがって、宝石Ｊのコントラストを低下させることなく、かつ照明ムラを生じること無くリング照明された宝石の正面像から形状を測定するので、エッジをより正確に検出する事ができ、形状の測定精度が向上するものとなる。
【００３１】
次に、宝石Ｊの側面形状の測定を行う。
宝石Ｊの側面観察を行うために、正面形状を測定した際の測定準備状態（図２）から、図３に示すように被検物保持装置の観察方向切換機構２５によって宝石Ｊの姿勢を９０度回転させる。すなわち、回転装置２４および位置調整機構２３を図２に示す状態から図３に示す状態に変化させるため、回転装置２４を観察方向切換機構２５上を摺動させることにより回転装置２４すなわち宝石Ｊが観察方向切換機構２５の曲率にしたがって姿勢が傾き、所定位置まできたところで９０度横転することになる。
【００３２】
このとき、上記したように観察方向切換機構２５の曲率は合焦面に配置されている宝石Ｊを中心としているので、宝石Ｊは合焦面上の位置は維持したまま姿勢だけが変化することになる。
【００３３】
このようにして測定準備が完了したら、測定光源２２より照明光を発生させて照明手段取付窓１５から積分球内に照明光を導入することにより、上記した正面形状測定の場合と同様にコントラストを低下させること無く、リング照明された宝石の側面像は検出器取付窓１３から撮像光学系１６に入射し、検出手段１７の検出面上に宝石Ｊを側面から観察した像が形成される。この宝石の側面像を撮像して解析装置１９へ送って宝石Ｊの側面形状を画像処理により測定することができる。
【００３４】
したがって、正面形状を測定した場合と同様に宝石Ｊのコントラストを低下させることなく、かつ照明ムラを生じること無くリング照明された宝石の側面像から形状を測定するので、エッジをより正確に検出する事ができ、側面形状の測定精度が向上するものとなる。
【００３５】
なお、上記した実施の形態では測定光源２２にハロゲンランプを使用しているが、キセノンランプ等の他の種類の光源であっても同様の効果を期待できる。測定光源２２にキセノンランプを使用した場合、照明光の色温度を補正する必要が無く、かつ宝石Ｊの自家蛍光も考慮した色測定が可能となり、人間の目の感覚に非常に近い評価を行える利点がある。
【００３６】
また、撮像光学系１６を構成するＣＣＤカメラはカラー単板の他に３板型のものを使用することができる。３板型のＣＣＤカメラを使用することにより解像力が上がるため、測定精度が向上する利点がある。なお、モノクロＣＣＤとＲＧＢ３原色フィルターとを組合わることによっても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、副分割球１２を主分割球１１に対して着脱するはねのけ機構２７は回転軸２８を使用した回転方式であるが、アリ溝機構を用いたスライド方式、又は蝶板を用いた開放方式を用いても良い。
【００３８】
また、上記した実施の形態では、積分球１０をその中心を含んだ切断面から所定距離ずれたところで当該切断面と平行な面で２つの部分に分割しているが、積分球１０の中心を含んだ切断面で２分割しても同様な効果を奏する事ができる。すなわち、形状測定のために積分球を割って撮像光学系１６から宝石Ｊをみたときに、宝石Ｊの後側に積分球の内面が回り込まないように積分球を分割していれば積分球の分割面や照明光学系２１の位置は図１に示す例に限られない。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、積分球を固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能とすることにより被検物の色測定時には高密閉度及び均一照明を達成し、被検物の形状測定時には高コントラストを得ることのできる照明装置及びこれを用いた色・形状測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明装置及びこれを用いた色・形状測定装置の構成図である。
【図２】図１に示す色・形状測定装置において宝石の正面形状を測定する状態を示す図である。
【図３】図１に示す色・形状測定装置において宝石の側面形状を測定する状態を示す図である。
【図４】従来の宝石照明装置の構成図である。
【図５】図４に示す宝石照明装置において側面形状を測定する状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…積分球
１１…主分割球
１２…副分割球
１３…検出器取付窓
１４…被検物取付窓
１５…照明手段取付窓
１６…撮像光学系
１７…検出手段
１９…解析装置
２１…照明光学系
２２…測定光源
２３…位置調整機構
２４…回転機構
２５…観察方向変換機構
Claims (7)
- 固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、
前記副分割球に設けられ、被検物を前記積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、
前記主分割球に取り付けられ、前記被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、
前記主分割球に取り付けられ、少なくとも前記主分割球の内壁で一次反射して前記被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、
前記撮像光学系の前記合焦面に前記被検物を配置し、前記被検物を前記撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、
前記位置調整機構によって前記撮像光学系の前記合焦面に配置する前記被検物の姿勢を変化させる観察方向変換機構と、
前記副分割球を前記主分割球に対して着脱する着脱機構と、
を具備し、
前記主分割球は、前記積分球の中心を通りかつ前記主分割球と前記副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する前記主分割球の所定領域に設けられ、前記撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、
前記積分球の中心を通りかつ前記分割面に対して垂直方向の直線と直交する前記主分割球の所定領域に設けられ、前記照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、
前記副分割球は、前記被検物取付窓を前記第１の取付窓に対向する所定領域に設け、
前記被検物の色測定を行う場合、前記主分割球と前記副分割球とを合わせて前記積分球を形成し、
前記被検物の形状測定を行う場合、前記主分割球から前記副分割球を分離する、
ことを特徴とする照明装置。 - 固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、
前記副分割球に設けられ、被検物を前記積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、
前記主分割球に取り付けられ、前記被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、
前記主分割球に取り付けられ、少なくとも前記主分割球の内壁で一次反射して前記被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、
前記撮像光学系の前記合焦面に前記被検物を配置し、前記被検物を前記撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、
前記位置調整機構によって前記撮像光学系の前記合焦面に配置する前記被検物の姿勢を変化させる観察方向変換機構と、
前記副分割球を前記主分割球に対して着脱する着脱機構と、
前記撮像光学系の出力信号に基づいて前記被検物の色及び形状を解析する解析装置と、
を具備し、
前記主分割球は、前記積分球の中心を通りかつ前記主分割球と前記副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する前記主分割球の所定領域に設けられ、前記撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、
前記積分球の中心を通りかつ前記分割面に対して垂直方向の直線と直交する前記主分割球の所定領域に設けられ、前記照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、
前記副分割球は、前記被検物取付窓を前記第１の取付窓に対向する所定領域に設け、
前記着脱機構は、前記被検物の色測定を行う場合に前記主分割球と前記副分割球とを合わせて前記積分球を形成し、前記被検物の形状測定を行う場合に前記主分割球から前記副分割球を分離する、
ことを特徴とする色・形状測定装置。 - 前記積分球は、前記主分割球と前記副分割球との分割面を前記積分球の前記中心からずらし、前記積分球の前記中心を含む一方を前記主分割球とし、他方を前記副分割球として形成することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
- 前記積分球は、前記主分割球と前記副分割球との分割面を前記積分球 の前記中心からずらし、前記積分球の前記中心を含む一方を前記主分割球とし、他方を前記副分割球として形成することを特徴とする請求項２記載の色・形状測定装置。
- 前記観察方向変換機構は、前記被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、前記位置調整機構を前記所定の曲率に従って摺動させて前記被検物の姿勢を前記撮像光学系の前記合焦面上で変化させることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
- 前記観察方向変換機構は、前記被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、前記位置調整機構を前記所定の曲率に従って摺動させて前記被検物の姿勢を前記撮像光学系の前記合焦面上で変化させることを特徴とする請求項２記載の色・形状測定装置。
- 固定側の主分割球と移動側の副分割球とに分割可能な積分球と、
前記副分割球に設けられ、被検物を前記積分球内に出し入れするための被検物取付窓と、
前記主分割球に取り付けられ、前記被検物取付窓に合焦面を有する撮像光学系と、
前記主分割球に取り付けられ、少なくとも前記主分割球の内壁で一次反射して前記被検物に完全拡散光で照明するための照明光を発する照明光学系と、
前記撮像光学系の前記合焦面に前記被検物を配置し、前記被検物を前記撮像光学系の光軸方向に位置調整する機能を有する位置調整機構と、
前記被検物の配置位置を中心とした所定の曲率に形成され、前記位置調整機構を前記所定の曲率に従って摺動させて前記被検物の姿勢を前記撮像光学系の前記合焦面上で変化させる観察方向変換機構と、
前記副分割球を前記主分割球に対して着脱する着脱機構と、
前記撮像光学系の出力信号に基づいて前記被検物の色及び形状を解析する解析装置と、
を具備し、
前記主分割球は、前記積分球の中心を通りかつ前記主分割球と前記副分割球との分割面に対して垂直方向の直線上と交差する前記主分割球の所定領域に設けられ、前記撮像光学系を取り付けるための第１の取付窓と、
前記積分球の中心を通りかつ前記分割面に対して垂直方向の直線と直交する前記主分割球の所定領域に設けられ、前記照明光学系を取り付けるための第２の取付窓とを有し、
前記副分割球は、前記被検物取付窓を前記第１の取付窓に対向する所定領域に設け、
前記着脱機構は、前記被検物の色測定を行う場合に前記主分割球と前記副分割球とを合わせて前記積分球を形成し、前記被検物の正面形状又は側面形状の測定を行う場合に前記主分割球から前記副分割球を分離し、
前記観察方向変換機構は、前記着脱機構により前記主分割球から前記副分割球を分離した状態で、前記被検物の正面形状の測定を行う場合に前記被検物の正面を前記撮像光学系に向け、前記被検物の側面形状の測定を行う場合に前記位置調整機構を前記所定の曲率に従って摺動させて前記被検物の側面を前記撮像光学系に向ける、
ことを特徴とする色・形状測定装置。
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1996
- 1996-05-22 JP JP12716096A patent/JP3577164B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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| EP3431942A1 (en) * | 2017-07-21 | 2019-01-23 | Hitachi High-Tech Science Corporation | Fluorescence spectrophotometer and fluorescence spectrometry and imaging method |
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| JPH09311074A (ja) | 1997-12-02 |
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