宝石荧光测量装置的制作方法

专利名称：：宝石荧光测量装置的制作方法
技术领域：
：本发明一般涉及一种宝石学仪器，更具体的讲，本发明涉及测量诸如钻石等宝石的荧光的仪器。
背景技术：
：钻石这样的宝石传统上是根据其外观特征来分级的。比如，下面这些钻石性质通常被包含于标准分级报告中形状、重量(克拉)、透明度、颜色、荧光以及切割特性。在宝石分析内容中，“荧光”指的是当把一颗宝石放在紫外(“UV”)射线中时，从这个宝石中发射出的可见光。钻石的荧光经常利用以下类别来分级无、微弱、中等、强、和非常强。传统上，钻石是由经过训练以区分并量化上述可见特征(利用或者不利用辅助测试设备)的人类检测员(humaninspector)来分级的。人类检测员通过用受控UV光源照射钻石，并观察从钻石发射出的可见光来对钻石(和其它宝石)进行分级。人类检测员根据发射出的可见光的强度对钻石进行分类。在钻石分级实验室环境中，技术员们经常会利用荧光参照物“比色石(masterstones)”来提高结果一致性。然而，由于人工进行荧光分级的固有主观性，可能会把一些宝石误分类，特别是当钻石的外形处于类别的边界时。而且，同一个人类分级员可能因为许多原因而对一块钻石作不同的分级，所述原因例如有他或她的疲劳度；环境条件；钻石的大小和/或切口；荧光的颜色；观测的方向；光源的不稳定性；等等。现有技术包括许多仪器，它们被设计成通过去除人工成分而使一些宝石分级处理“自动化”。这些仪器是作为人工分级处理的一种验证，而不是用来完全替代人工分级处理过程。但是，现有技术并不包含价格便宜、易于操作的钻石荧光测量装置，该设备被设计成通过用稳定的UV光源照射钻石来对其荧光进行电子测量。相反，现在有很多为其他用途没计的精密而昂贵的荧光测量装置，比如荧光分光谱测量、X光、显微镜应用——但是宝石荧光分级并不需要这么精密而昂贵的设备。
发明内容本说明书描述了一种荧光测量装置。根据本发明配置的荧光测量装置利用稳定而可调节的UV辐射源或光源。在本说明书所描述的示范性实施例中，UV源包括两个基本对齐的发光二极管(LED)。钻石之类的宝石被放置在这两个发光二极管中间，且发光二极管被激活从而给宝石提供贯穿辐射(trans-radiation，即穿过物体的辐射)和直接辐射(即朝向物体的辐射)的组合。所述荧光测量装置包括光探测器或者照度计(lightmeter)，其被设置用来测量从所述宝石上发射出来的可见光。所测得的数值可随后受到处理，并被转换成字母数字等级(alphanumericgrade)、类别、或者其他合适的处理单位。本发明上述或者其他方面可通过用于待测宝石的测量装置以一种形式给出。所述荧光测量装置包括被配置用于给待测宝石提供贯穿辐射和直接辐射的UV辐射源，以及位于待测宝石附近的光探测器。所述光探测器被配置用于检测待测宝石响应所施加的UV辐射而发射出来的可见光。通过参考详细描述和权利要求结合考虑下面的附图，可以获得对本发明的更全面的理解，附图中相同的参考数字表示所有附图中相同的元件。图1是一种用于宝石的荧光测量装置的示意图；图2是一个示意图，表明一示范性荧光测量装置中的发光二极管和光探测器的几何关系；图3是一示范性荧光测量装置中的宝石基座和发光二极管的透视图；图4是图3中所示宝石基座以及位于该宝石基座上的反射镜的透视图；图5是一宝石荧光测量装置的实用实施例的前视透视图；以及图6是图5中所示的荧光测量装置的侧视图。具体实施例方式本发明可在此通过各种功能模块组件和各种处理步骤来描述。应该明白，这些功能模块可以利用许多被配置用于执行特定功能的硬件、软件、和/或固件组件来实现。例如，本发明可利用各种集成电路组件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，它们可以在一个或多个微处理器或者其他控制装置的控制下执行大量的功能。另外，本领域技术人员将明白，本发明可用任何数目的实用方案来实现，且这里所示和所述的系统仅仅是本发明的一种示范性应用。应该明白，这里所示和所述的特定实现方案只是本发明的说明及其最佳方式而绝不是要以任何方式来限定本发明的范围。事实上为简明起见，常规的UV辐射产生方案、LED技术、光检测与测量、宝石分级技术以及所述系统的其他特征或功能(以及这个系统的其他独立操作部件)可能不在此进行详细描述。而且，本说明书所含各附图中所示连接线，是用来表示各种元件之间的示范性功能关系和/或物理连接的。应注意的是，很多替代性或者附加性的功能关系或物理连接可出现在一个实用实施例中。图1是一个根据本发明配置的宝石荧光测量装置100的示意图。图5是荧光测量装置100的实用实施例的前视透视图，而图6是图5中所示的荧光测量装置100的侧视透视图。荧光测量装置100被合适地配置用于测量宝石(比如钻石)的荧光。为方便起见，荧光测量装置100的以下描述涉及钻石的测量和分级。但是，本发明并不仅限于钻石用途。荧光测量装置100通常包括发射腔102、UV辐射源104、照度计组件106、电源108、及可调节电流源110。在图5和图6中所示的示范性实施例包括基座外壳112，作为荧光测量装置100的基础。基座外壳112可由金属、塑料或者其他任何合适的材料组成。基座外壳112供作电源电路、可调节电流源110以及荧光测量装置110的(如果需要的话)其它电路、组件和/或功能元件(这些组件在图5和图6的视图中隐藏了)的外壳。基座外壳112也可供作发射腔102和照度计组件106的安装平台，如图5和图6所示。荧光测量装置100的一实施例通过标准的120伏或240伏AC交流线路接收其电能。该示范实施例利用了把交流电转换成12伏直流电的AC/DC适配器(没有示出)。图6展示AC/DC适配器的一个终端114，它连接于一个适当的安装在基座外壳112上的接口或插座上。在此实施例中，电源108是作为上述AC/DC适配器实现的。在其他实施例中，电源108可被集成到荧光测量装置100自身之内，比如成为位于基座外壳112中的电路。如下面更详细描述的，电源108提供电能给UV辐射源104，并且如果需要的话，还提供电能给荧光测量装置100的其他组件。虽然未示于图中，荧光测量装置100还包括一个主通/断开关，它可以安装在基座外壳112上。发射腔102是被配置用于放置待测钻石116的。发射腔102可以由金属、塑料或其他任何适当的不透明材料制成。在所述示范性实施例中，发射腔102是由黑塑料经机械加工制成的。发射腔102包括一个带铰链的存取门118，该存取门在关闭时覆盖存取窗口120。当开启的时候，存取门118便于放置和取出待测钻石116。存取窗口120的大小最好是能够利用进入发射腔102的背景光完成待测钻石116的放置。在所述示范性实施例中，存取窗口120具有下述近似尺寸1.75英寸×1.75英寸。当关闭的时候，存取门118“封闭”发射腔102，并阻止背景光进入发射腔102的内部。在存取门118下降到关闭位置之后，重力使它保持就位。如图5所示，荧光测量装置100可包括安置在发射腔102内部的底座122。底座122也示于图3和图4中。在所述示范性实施例中，底座122大致是圆柱形，且其圆周大小是根据发射腔102的内壁轮廓而定的。底座122提供了一个凸起的平面以放置待测钻石116，因此而更易于从发射腔102的内部放入或取出待测钻石。底座122的高度是根据荧光测量装置100(下面将更详细地介绍)所需的辐射和光探测特性来选择的。在所述示范性实施例中，底座122大约为0.05至0.10英寸高。底座122同样可起到作为一部分UV辐射源104的结构固定件的作用(在所述示范性实施例中，在底座122内安装了一个UV发光二极管)。依照一实用实施例，UV辐射源104包括多个发光二极管。在优选实施例中，UV辐射源104包括下LED124和上LED126。下LED124安置在底座122内部中心，从而使相应的UV辐射向上发射。上LED126被安装在发射腔102的上部之内，从而使相应的UV辐射向下发射。上LED126的末端在图5中示出，而上LED126的插口128在图6中示出。工作时，在发射腔102中保持从发光二极管124/126发射的UV辐射。照度计组件106包括光探测器130、控制处理器132、及连接光探测器130和控制处理器132的电缆134。光探测器130的至少一部分被置于发射腔102的内部，并且邻近待测钻石116(如图1示意性表示的且如图5所示)。在图5中，光探测器130位于发射腔102之内的那一部分被显示处于存取窗口120的左上角。如下面更详细描述的，光探测器130被配置用于检测响应被施加到待测钻石116的UV辐射而白待测钻石发出的可见光。为便于精确的荧光测量，发射腔102的内部、底座122、及荧光测量装置100其他位于发射腔102内部的各部分具有无反射表面。比如，发射腔102的内部和底座122可以被涂覆、阳极处理、电镀、或以其他方式被平滑涂黑从而减少照度计组件106所检测到的反射光量。图2是一个示意图，表明荧光测量装置100的发光二极管124/126与光探测器130的相对几何关系。为方便图2和下面的描述，发光二极管124/126以及光探测器130是用点来表示的。实际上，发光二极管124/126将从一个小区域上发出UV辐射，并且光探测器130将在一个小区域上接收可见光。把这些组件用点来表示可简化几何关系的描述。上LED126和下LED124共用一个通用发射轴136(图2中表示为一垂直虚线)。在这方面，上LED126沿着发射轴136朝向下LED124发射UV辐射，而下LED124沿着发射轴136朝向上LED126发射UV辐射。换句话说，此示范性实施例中的发光二极管124/126是垂直对准的。而且，在一个实际运行的实施例中，所述发光二极管各自都发射出一个相对窄的、圆锥形的UV辐射波束，该UV辐射波束形成角度θ(如图2中关于LED126所示)。根据一优选实施例，角度0约等于10-20度。这一相对小的角度是符合要求的，因其相对于LED所产生的全部UV辐射具有最大反应，而且因为它有助于辐射源的初始调整和校准。如图2所示，发光二极管124/126的发射点以距离d分开。在示范性实施例中，d处于0.6至0.8英寸的范围之内。距离d是根据从待测钻石116发射出的可见光的所需强度来选择的。比如，如果需要更高强度，则可减小距离d。虽然距离d在所述示范性实施例中是固定的，为给荧光测量装置100提供额外的自由度，它也可以是可调节的。在所述示范性实施例中，下LED124包括一个被配置用于放置待测钻石116的安装表面138(见图3)。在实际实施例中，下LED124通常是圆柱形的，具有一个相对平的周边凸缘起到安装表面138的作用。可选择的是，荧光测量装置100可利用位于下LED124与待测钻石116中间的保护膜或者带。工作时，如图1所示，待测钻石116被放置在安装表面138上面的一个凹座(table-down)位置。因此，安装表面138位于上LED126与下LED124之间。荧光测量装置100可选择性地包括不同于LED124的提供安装表面的结构(没有示出)。比如，可利用一个放置在发光二极管124/126中间的干净平板或者窗口。再次参考图2，光探测器130的位置最好是使其到待测钻石116(为简明起见，这对应于图2中下LED124的位置)的“视线”与发射轴136构成大约45度角α。这个45度角模拟了通常人类检测员在测量钻石荧光时用到的视角。UV辐射源104被配置用于给待测钻石116提供贯穿辐射和直接辐射。在本文中，贯穿辐射表示穿过待测钻石116的辐射，而直接辐射表示在待测钻石116上的或者指向它的辐射。在所述示范性实施例中，上LED126主要提供直接辐射，而下LED124则主要提供贯穿辐射。这种对待测钻石116的组合辐射可以造成一致的测试条件、稳定的UV辐射以及可重复的荧光测量，并且允许测量不透明的钻石，或者那些只在表面上反应UV辐射而不允许UV辐射实质穿透到钻石之内的透明钻石。在所述实际实施例中，发光二极管124/126是相同的。发光二极管124/126具有以下适合用于荧光测量装置100的特征可见光滤波从而使得所发辐射是纯UV辐射；峰值输出强度在370nm波长附近(即发光二极管提供“长波”UV辐射)；封装直径等于5.6mm。发光二极管124/126可用市场上可买到RLT370-10型发光二极管LED来实现，该型号LED可以从奥地利维也纳的皇家激光技术研究院(RoithnerLasertechnik)得到。当然，其他市场上可买到的LED发射器也可能适用于荧光测量装置100，而且可用具有不同运行特性的发光二极管来满足不同实际应用的需要。基座外壳112应该包括对应于发光二极管124/126的指示器或者状态灯142。状态灯142表明是否发光二极管124/126各自处于工作状态。状态灯142可由电源108驱动，其监视通往各发光二极管124/126的电流并且在灯灭掉的时候表示故障。UV辐射源104是可调节的，以便于校准和改变施加到待测钻石116的UV辐射量。实际上，UV辐射源104被连接到可调节电流源110(见图1)，该电流源控制对发光二极管124/126的驱动电流。由此来调节受驱动电流支配的发光二极管124/126的输出功率。在所述示范性实施例中，可调节电流源110被配置用于在它们额定功率的80％至120％的范围驱动发光二极管124/126。尽管不是本发明必需的，可调节电流源110可同时调节流往发光二极管124/126的电流。同时调节对于减少校准的复杂性来说是理想的。可选实施例可具有可各自独立调节的发光二极管124/126。如图5和图6所示，荧光测量装置100可利用用户接口元件144(比如可变电阻器、电位计、一个或多个开关、或者电子控制器)来调节UV辐射源104的输出功率。在这方面，可调节电流源110可由用户接口元件144来控制。在本说明书的上下文中，UV辐射源104、宝石安装表面以及可调节电流源110组成一个辐射子系统。所述辐射子系统可用于所示的荧光测量装置100中，或者用于其他荧光测量应用中。光探测器130包含校正过滤器(correctionfilter)，其将实际测量值转换成“人类感知(human-perceived)”值。换句话说，光探测器130被配置成使得其光谱响应能够模拟普通人眼的光谱响应。在实际实施例中，照度计组件106是作为市场上可买到的摄像师用照度计装置来实现的。一种适合用作照度计组件106的装置是由德国Nurnberg的GossenFoto制造的Mavolux5032B仪表。该仪表是超高分辨率仪表(分辨率为0.01lux)，对于用在荧光测量装置100(其测量低光强)中是理想的。在典型的钻石荧光测量中，光强一般处于0.01至5lux范围内。照度计组件106是由电池供电的单元，其具有独立于电源108的电源。可选实施例可将照度计组件106和荧光测量装置100集成在一起，从而使它们共用一个电源108。照度计组件106的控制器-处理器132包括显示器146和控制板148。显示器146是一个LCD元件，其提供由光探测器130测量的可见光的字母数字读数。在工作中，显示器146显示光探测器130所测得的以lux为单位的当前光强。控制板148提供了带按钮的用户接口，其控制照度计组件106的通/断状态、显示范围、最大读数、及其他与照度计组件106的运行有关的特征。利用设备100进行的荧光测量可能对所述待测钻石的尺寸敏感。理想情况下，宝石的荧光特性应与尺寸无关。荧光测量装置100所用的机制——检测发射腔102内部可见光强——可能需要进行校准或校正以适应具有一定尺寸范围的宝石的测试。而且，具有不均匀荧光的钻石相对于安装平台上的钻石的方向会给出不同读数。在这方面，荧光测量装置100可包含反射镜150，其被配置放在发射腔102中(见图4)。反射镜150是由铝这样的材料制成的，具有反射表面。当置于发射腔102中之后，反射镜150的作用是向光探测器130反射某些可见光，而如果没有这个反射镜这些可见光可能在发射腔102内部消散。荧光测量装置100可包含具有不同形状、大小、颜色和其他反射特性的反射镜150，以适应不同宝石大小和/或荧光特性。反射镜150特定的高度、厚度、曲率轮廓、半径和弧长，以及反射镜150在发射腔102内部的特定位置，都可以根据待测宝石的类型、宝石的大小、荧光的均匀性以及所需的校准机制来改变。如同人工荧光观察，可用已经了解其荧光特征的比色石来校准荧光测量装置100。实际上，荧光测量装置100应该用一个或多个比色石至少每天校准一次。在校准荧光测量装置100时，用户可能需要调整可调节电流源110和/或确定实际测试中需要用的一个或多个反射镜150。当然，荧光测量装置100的校准可在一天中定时地进行检验。荧光测量装置100的校准可以弥补发光二极管124/126的老化、发光二极管124/126发射面上的擦伤或沉积、照度计组件106的老化，等等。得到一颗钻石的荧光测量值是相对简单的。将存取门118打开，并将待测钻石116放置在安装表面138上。实际上，待测钻石116被放置在安装表面138上的凹座(table-down)上，并且处于发射轴136的中心。中心定位对于测量的一贯性是重要的，而凹座放置在钻石的荧光分级中是一个常用方法。其后，存取门118关闭，且待测钻石116准备接受辐射。存取门118的关闭是一个安全措施，其防止UV辐射偶尔从发射腔102逸出，并且避免背景光的影响混入测量值。在合上主通/断开关后，荧光测量装置100应先留置预热约5分钟。另外，照度计组件106上的通/断按钮应该打到“通”的位置。发光二极管124/126被激活从而提供UV辐射给待测钻石116。所述整个单元可以在一较长周期内(比如整一天)一直开着，这是因为它的低能耗、有限的发热量、及发光二极管的极长使用期限。如上所述，发光二极管124/126给待测钻石116提供贯穿辐射和直接辐射。换句话说，钻石从上下两面受到辐射。一旦照度计被启动，显示器146即应显示一个0.00lux的读数，因为在完全关闭的发射腔102中没有可见光被记录。光探测器130检测待测钻石116响应UV辐射而发射出的可见光。如上所述，在受到UV辐射激励时，某些宝石会对可见光产生荧光。由光探测器130检测到的数量将被处理并转换成数字化的勒克司(lux)读数，此勒克司读数随后被显示在显示器146上。勒克司读数可以手写记录或以电子方式记录以便计算机存储和/或处理。利用在钻石交易中承认的任何数目的荧光分级标准，所述待测钻石116的数字化勒克司读数可被转换成钻石荧光等级。因此，待测钻石的荧光是基于照度计组件106所获得的被检测可见光测量值来分级的。作为一个实际例子，参见下面的分级标准，其中实测勒克司值代表一个典型的应用因此，荧光测量装置100可被用来验证人类钻石检测员判定的荧光等级，或者独立地对钻石的荧光进行分级。荧光测试设备100在模拟传统荧光分级的人工观测环境的同时，排除了人工成分。以上参考优选实施例描述了本发明。但是，那些阅读了本公开内容的本领域技术人员将会承认，可以对所述优选实施例做出改变或修改，而不脱离本发明的范围。这些和其他的改变或修改应被包括在如所附权利要求所表达的本发明的范围内。权利要求1.一种用于待测宝石的荧光测量装置，所述荧光测量装置包括紫外(“UV”)辐射源，其被配置用于给所述待测宝石提供贯穿辐射和直接辐射；以及光探测器，其位于所述待测宝石附近，所述光探测器被配置用于检测所述待测宝石响应被施加到该待测宝石的UV辐射而发射出来的可见光。2.根据权利要求1所述的荧光测量装置，其中所述UV辐射源包括多个发光二极管(“LED”)。3.根据权利要求2所述的荧光测量装置，其中所述多个发光二极管由沿着发射轴发射UV辐射的上LED和沿着所述发射轴发射UV辐射的下LED组成。4.根据权利要求3所述的荧光测量装置，其中所述上LED向所述下LED发射UV辐射；且所述下LED向所述上LED发射UV辐射。5.根据权利要求3所述的荧光测量装置，其中所述下LED包括被配置用于安置所述待测宝石的安装表面。6.根据权利要求5所述的荧光测量装置，其中所述安装表面被配置成在凹座位置放置所述待测宝石。7.根据权利要求2所述的荧光测量装置，进一步包括用户接口元件，其用于调节所述多个发光二极管的输出功率。8.根据权利要求7所述的荧光测量装置，其中所述用户接口元件控制被施加到所述多个发光二极管的电流。9.根据权利要求1所述的荧光测量装置，其中所述光探测器被配置成其光谱响应模拟人眼的光谱响应。10.一种用于宝石荧光测量装置的辐射子系统，所述辐射子系统包括上紫外(“UV”)辐射源，其沿着发射轴发射UV辐射；下UV辐射源，其沿着所述发射轴发射UV辐射；以及安装表面，其位于所述上UV辐射源与所述下UV辐射源之间，被配置用于放置待测宝石。11.根据权利要求10所述的辐射子系统，其中所述上UV辐射源和所述下UV辐射源被配置用于给所述待测宝石提供贯穿辐射和直接辐射。12.根据权利要求10所述的辐射子系统，其中所述上UV辐射源由第一发光二极管(“LED”)构成；并且，所述下UV辐射源由第二发光二极管构成。13.根据权利要求10所述的辐射子系统，其中所述上UV辐射源向所述下UV辐射源发射UV辐射；并且所述下UV辐射源向所述上UV辐射源发射UV辐射。14.根据权利要求10所述的辐射子系统，其中所述下UV辐射源形成所述安装表面。15.根据权利要求10种所述的辐射子系统，进一步包括用户接口元件，其用于调节所述上UV辐射源和所述下UV辐射源的输出功率。16.一种用于宝石的荧光测量方法，所述方法包括从待测宝石的上面和下面，用紫外(“UV”)辐射来辐射该待测宝石；检测所述待测宝石响应被施加到该待测宝石的UV辐射而发出的可见光，得到被检测可见光测量值；且基于所述被检测可见光测量值，对所述待测宝石的荧光进行分级。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述用UV辐射源来辐射所述待测宝石的辐射步骤给所述待测宝石提供贯穿辐射和直接辐射。18.根据权利要求16所述的方法，其中所述辐射步骤包括从上发光二极管(“LED”)沿着发射轴发射UV辐射；且从下LED沿着所述发射轴发射UV辐射。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述上LED向所述下LED发射UV辐射；并且，所述下LED向所述上LED发射UV辐射。全文摘要依照本发明的一种宝石荧光测量装置通常包括紫外(“UV”)发射腔、UV辐射源以及照度计组件。所述UV辐射源包括上发光二极管(“LED”)和下发光二极管以对所测试的宝石进行上下两面的辐射。所述UV辐射源对宝石提供贯穿辐射和直接辐射，且UV辐射源具有可调强度，因此有利于荧光测量装置的校准。所述照度计组件包括光探测器，其检测待测宝石响应UV辐射而发射出的可见光。光探测器被配置用于模拟人眼的光谱特性。所述荧光测量装置把测量的可见光转换成数字化勒克司读数，该数字化勒克司读数可随后被转换成所述待测宝石的荧光等级。文档编号G01N21/64GK1910445SQ200580002197公开日2007年2月7日申请日期2005年1月12日优先权日2004年1月12日发明者R·赫尔茨申请人:国际宝石学院