JPH09311074A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】色測定時には高密閉度及び均一照明を達成し、
かつ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。 【解決手段】 被検物Ｊを積分球１０の内部に挿入する
ための被検物挿入窓１４と撮像光学系１６が取り付けら
れる第１の取付け窓１３とが積分球１０の対向面に設け
られ、積分球内に照明光を入射する照明光学系２１が取
付けられる第２の取付け窓１５が積分球１０において被
検物挿入窓１４と第１の取付け窓１３との対向方向に対
して直交する位置に設けられた照明装置であり、積分球
１０を第１の取付け窓１３と第２の取付け窓１５とを有
する主分割球１１と被検物挿入窓１４を有する副分割球
１２とに分割可能に構成し、主分割球１１から副分割球
１２を取り外した状態では撮像光学系１６からみて被検
物Ｊの背面に積分球１０の一部が回り込まないようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、被検物を積分球の内部に挿入するため
の被検物挿入窓と前記被検物を撮像する撮像光学系が取
り付けられる第１の取付け窓とが前記積分球の対向面に
設けられ、前記積分球内に照明光を入射する照明光学系
が取付けられる第２の取付け窓が前記積分球において前
記被検物挿入窓と前記第１の取付け窓との対向方向に対
して直交する位置に設けられた照明装置であり、前記積
分球を、前記第１の取付け窓と前記第２の取付け窓とを
有する主分割球と前記被検物挿入窓を有する副分割球と
に分割可能に構成し、前記主分割球から前記副分割球を
取り外した状態では前記撮像光学系からみて被検物の背
面に前記積分球の一部が回り込まないようにした。

【００１１】したがって、被検物の配置位置と撮像光学
系とを積分球の中央部を挟んで対向関係に配置し、その
対向関係に対して直交する配置関係となるように照明光
学系を取付け、撮像光学系が取付けられる第１の取付け
窓と照明光学系が取付けられる第２の取付け窓とを有す
る主分割球と、被検物挿入窓を有する副分割球とに分割
可能にしているので、被検物の形状を測定する場合のよ
うに副分割球を取り外したときに撮像光学系からみて被
検物の背面に積分球の一部が回り込まないようになっ
た。

【００１２】請求項２に対応する本発明は、主分割球と
副分割球とに分割可能な積分球と、この積分球を分割し
又は積分球を形成するように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、積分球内に合焦面を有
する撮像光学系の一端部が取付けられ積分球の中心を通
り積分球の分割面に対して垂直な直線と交差する前記主
分割球の所定領域に設けられた第１の取付け窓と、この
第１の取付け窓と対向する前記副分割球の所定領域に設
けられた被検物挿入窓と、前記撮像光学系の合焦面にお
いて被検物の姿勢を変化させる被検物保持手段と、前記
被検物挿入窓と前記第１の取付け窓との対向方向に対し
て直交する前記主分割球の所定領域に設けられた第２の
取付け窓と、この第２の取付け窓に取付けられ少なくと
も前記主分割球の内壁で一次反射が起きるように照明光
を積分球内に導入する照明光学系とを備えた。

【００１３】また、副分割球の一部を積分球とは別体に
設けられた機構本体に回転軸を介して軸支し、積分球の
分割面と平行方向に副分割球を回動させるよう着脱機構
を構成することができる。

【００１４】また、アリを用いたスライド方式または蝶
板を用いた開放方式で副分割球を着脱させるようにする
ことができる。また、被検物保持手段を、被検物の位置
を撮像光学系の光軸方向に調整する位置調整機構と、こ
の位置調整機構を撮像光学系の光軸と中心に回転させる
回転機構と、この回転機構を位置調整機構に保持されて
いる被検物を中心として９０度程度まで姿勢を変化させ
る観察方向変換機構とから構成することができる。

【００１５】又、本発明の照明装置に解析装置を接続し
て宝石測定装置を構成することができる。第１の取付け
窓に取付けられた撮像光学系の出力を撮像装置で画像信
号に変換し、この画像信号を解析装置へ入力する。解析
装置には、撮影像から形状を求める画像処理機能、撮影
像の色成分から被検物の色を測定する色測定機能とを備
える。

【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１
７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１
２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１
０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２
２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１
０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の構成図で
ある。

【図２】図１に示す照明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に示す照明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

フロントページの続き (72)発明者 林 信太郎 東京都杉並区浜田山１丁目24番３号 (72)発明者 日吉 奈美 静岡県富士宮市青木1897−459

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物を積分球の内部に挿入するための
   被検物挿入窓と前記被検物を撮像する撮像光学系が取り
   付けられる第１の取付け窓とが前記積分球の対向面に設
   けられ、前記積分球内に照明光を入射する照明光学系が
   取付けられる第２の取付け窓が前記積分球において前記
   被検物挿入窓と前記第１の取付け窓との対向方向に対し
   て直交する位置に設けられた照明装置であり、 前記積分球を、前記第１の取付け窓と前記第２の取付け
   窓とを有する主分割球と前記被検物挿入窓を有する副分
   割球とに分割可能に構成し、前記主分割球から前記副分
   割球を取り外した状態では前記撮像光学系からみて被検
   物の背面に前記積分球の一部が回り込まないようにした
   ことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 主分割球と副分割球とに分割可能な積分
   球と、この積分球を分割し又は積分球を形成するように
   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、積分球内に合焦面を有する撮像光学系の一端部が取
   付けられ積分球の中心を通り積分球の分割面に対して垂
   直な直線と交差する前記主分割球の所定領域に設けられ
   た第１の取付け窓と、この第１の取付け窓と対向する前
   記副分割球の所定領域に設けられた被検物挿入窓と、前
   記撮像光学系の合焦面において被検物の姿勢を変化させ
   る被検物保持手段と、前記被検物挿入窓と前記第１の取
   付け窓との対向方向に対して直交する前記主分割球の所
   定領域に設けられた第２の取付け窓と、この第２の取付
   け窓に取付けられ少なくとも前記主分割球の内壁で一次
   反射が起きるように照明光を積分球内に導入する照明光
   学系とを備えた照明装置。