專利名稱：雕刻寶石觀察器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于觀察具有蝕刻到其表面中的辨識(shí)號(hào)的寶石的設(shè)備。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)要求2005年11月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/735,339、 2006年3月17日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/783,635以及2006年9月25 曰提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/847,040的優(yōu)先權(quán)。
只要拋光的寶石和鉆石已經(jīng)被認(rèn)為是獨(dú)特的、有價(jià)值的，那么標(biāo)識(shí)它 們就一直是工業(yè)和消費(fèi)者優(yōu)先考慮的事。許多寶石即使是仔細(xì)察看也看起 來(lái)很相似。但是，不管它們多么相似，這些相似寶石的價(jià)值可能有很大不 同。長(zhǎng)期以來(lái)， 一直是通過(guò)用顯微鏡來(lái)標(biāo)定隱藏在鉆石晶體或?qū)毷械蔫?瘋的位置和尺寸，以來(lái)辨識(shí)和區(qū)分具有相似尺寸和特征的鉆石和寶石。可 惜的是，這些標(biāo)記用肉眼通常是看不見(jiàn)的，并且在大多數(shù)情況下，有可用 來(lái)核對(duì)這些標(biāo)記以正確地識(shí)別鉆石的顯微鏡是不實(shí)際的。制造者、經(jīng)銷商、 貿(mào)易商以及消費(fèi)者難于將一顆寶石與其它的區(qū)分開(kāi)。結(jié)果是可能混淆具有 相當(dāng)大不同經(jīng)濟(jì)價(jià)值的寶石，更不必說(shuō)感情價(jià)值。當(dāng)注意到錯(cuò)誤時(shí)，可能 太晚了因而無(wú)法確定在哪里發(fā)生了錯(cuò)誤。因此，追查寶石和更正錯(cuò)誤會(huì)是 艱巨或者幾乎是不可能的事情。
但是，因?yàn)槎喾N原因在多方之間轉(zhuǎn)移寶石。經(jīng)銷商或零售商可能將寶 石交給另 一個(gè)經(jīng)銷商或零售商，以便他們能夠在不同的商店或不同的地點(diǎn) 將寶石展示給潛在的客戶或多個(gè)客戶。當(dāng)寶石安裝在珠寶中時(shí)，以及甚至 在出售后修理該珠寶時(shí)，也發(fā)生轉(zhuǎn)移。由于消費(fèi)者缺乏識(shí)別其珠寶中寶石 的知識(shí)和設(shè)備，所以易受傷害。另外，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)而快捷的方式來(lái)識(shí)別和確
認(rèn)從一方返回的寶石與給到該方的寶石是相同的。結(jié)果，在整個(gè)分銷、零 售和銷售后市場(chǎng)渠道中，公司和個(gè)人必須信任經(jīng)銷他們寶石的其他方。這 種對(duì)信任的要求會(huì)使將其鉆石或?qū)毷杞o他人的人非常焦慮。對(duì)信任的要 求留下了寶石被無(wú)意中與其它寶石混淆、或者甚至被以欺騙手段交換成較 低價(jià)值的其它寶石的機(jī)會(huì)。
最近十年通常的做法是以永久方式給鉆石和其它寶石作標(biāo)記。這包括 用激光或聚焦離子束刻上的標(biāo)記和序列號(hào)。例如，通常的作標(biāo)記的方法是 在鉆石的切割邊緣上以微米級(jí)刻上銘刻物。切割邊緣被加上標(biāo)記以避免有 損于鉆石的天然美感。切割邊緣在安裝在一件珠寶中后通常是不可見(jiàn)的。 這種雕刻用在珠寶店和鉆石商那里普遍使用的標(biāo)準(zhǔn)的10X小型放大透鏡就 可看得見(jiàn)。雖然這種類型的標(biāo)記在寶石的分銷或零售期間是有用的，但是 切割邊緣銘刻物給安裝后的珠寶帶來(lái)了問(wèn)題，因?yàn)殂懣涛镆坏┍话惭b在珠 寶中，通常就看不見(jiàn)它了。
最近由Norsam Technologies of Portland, Oregon開(kāi)發(fā)了 一種給拋光的 鉆石作標(biāo)記的新的革命性的方法，并將之授權(quán)給以前稱作De Beers的 Diamond Trading Company(DTC)。采用這種方法，通過(guò)聚焦離子束將微小 的或納米級(jí)的銘刻物蝕刻在鉆石的切平面上。這種銘刻物的尺寸如此之小 以致用肉眼看不到它。即使是熟練的珠寶商使用由珠寶商使用的普通的 10X小型放大透鏡也幾乎不可能看到這種銘刻物，因?yàn)楹茈y找到合適的視 角，并且放大倍數(shù)也不夠。形成辨識(shí)號(hào)的單個(gè)字符(即，字母和/或數(shù)字) 的高度大約為300到500微米。銘刻物被蝕刻的深度大約為20到80納米。 鉆石和其它寶石半透明的性質(zhì)加大了觀察蝕刻物的難度，這種半透明的性 質(zhì)允許光線既透過(guò)寶石中由銘刻物形成的粗糙區(qū)域也透過(guò)其周圍的光滑 的切平面。DTC和其它公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了采用高倍65X放大倍數(shù)攝像機(jī)和電 子顯示屏的觀察系統(tǒng)來(lái)觀察微小的銘刻物?？上У氖?，這些系統(tǒng)昂貴、笨 重并且復(fù)雜以致難于使用，這減弱了銘刻物的價(jià)值，因?yàn)榇蠖鄶?shù)零售店和 消費(fèi)者沒(méi)有必要的設(shè)備，所以就不能看見(jiàn)該銘刻物。
本發(fā)明意欲解決這些和其它問(wèn)題。
本發(fā)明的筒要描述
本發(fā)明涉及一種雕刻寶石觀察器(engraved gemstone viewer),其用于 觀察寶石的平坦、光滑的表面，該表面已激光蝕刻有諸如辨識(shí)號(hào)的銘刻物。 寶石被安裝在一件珠寶上，或者當(dāng)^i文置在觀察器內(nèi)或以其他方式被觀察 器接納時(shí)，其可以保持未安裝的狀態(tài)。光源把光束對(duì)準(zhǔn)涂覆有反射增強(qiáng)涂 層的放大透鏡。透鏡沿入射到包含銘刻物的寶石表面的路徑來(lái)反射光束。 光滑平坦的寶石表面沿朝放大透鏡返回的路徑光鐠地反射光束，這產(chǎn)生了 展示銘刻物的可見(jiàn)的光圖像。銘刻物顯示為光圖像中較暗或光明顯減少的 區(qū)域。
本寶石觀察器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)由觀察器顯示的光圖像所展示的微 小的銘刻物的清晰度。光圖像清楚地展示了在寶石表面上形成蝕刻的辨識(shí) 號(hào)的不連續(xù)的字符。觀察器使用放大圖像的簡(jiǎn)單的放大透鏡，不使用復(fù)雜 而昂貴的電子裝置，比如攝像機(jī)和數(shù)字處理器。
本寶石觀察器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是圖像用人眼可見(jiàn)。光源是產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上單 向光束的發(fā)光二極管(LED)。光源不是會(huì)傷害眼睛的激光。
本寶石觀察器的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是它可以采用禮品盒或顯示盒的形式。 觀察器體積小并使用相對(duì)低廉的部件。觀察器由光源，例如白色LED發(fā)光 體從內(nèi)部照亮。觀察器的內(nèi)部涂覆有吸光涂層，例如黑漆。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)參考說(shuō)明書、權(quán)利要求和附圖將變得顯 而易見(jiàn)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明


圖1是顯示雕刻寶石觀察器的實(shí)施方式的透視圖，其上部殼的一部分 被去除以顯示寶石夾持組件和光源。
圖2是觀察器的截面?zhèn)纫晥D，顯示了持有鉆石戒指的寶石夾持組件， 該鉆石戒指由對(duì)焦組件定位，使得每個(gè)單向LED發(fā)光體發(fā)出的光束沿一路 徑從LED發(fā)光體向上傳播到透鏡，由透鏡反射并向下到鉆石的切平面上， 接著由鉆石反射并向上通過(guò)該透鏡到達(dá)人的眼睛。
圖3是持有未安裝的鉆石并顯示光路的觀察器的第二截面?zhèn)纫晥D。
圖4是雕刻寶石觀察器的分解視圖。
圖5是由寶石觀察器產(chǎn)生的光圖像的放大視圖，其中單向光束的有效 直徑填充裝在觀察器內(nèi)的寶石的切平面，且其中光圖像顯示了在灰色到亮 白的范圍中的光束的強(qiáng)度，其是由寶石的切平面光譜反射的光束的部分， 且其中光圖像將形成刻到寶石切平面中的辨識(shí)號(hào)的明顯的字符展示為由 缺少光而產(chǎn)生的黑暗區(qū)域。
圖6是寶石觀察器的透視圖，且上部殼被移除以獲得通往觀察器內(nèi)部 和鉆石夾持組件的入口。
圖7是寶石觀察器的透視圖，上部殼被移除，且?jiàn)A持組件從下部殼取 出以固定由夾持組件持有的鉆石戒指。
圖8A是雕刻寶石觀察器的第二實(shí)施方式的側(cè)平面圖，其具有半球構(gòu) 型以及單個(gè)放大透鏡。
圖8B是第二實(shí)施方式的改進(jìn)形式的側(cè)平面圖，其具有發(fā)光二極管光， 該發(fā)光二極管被定位在寶石切平面的上方，并被定向成將其光束直接對(duì)準(zhǔn) 到寶石切平面上。
圖9是雕刻寶石觀察器的第三實(shí)施方式的側(cè)平面圖，其具有半月形構(gòu) 型、具有兩個(gè)放大透鏡的觀測(cè)設(shè)備以及在觀測(cè)設(shè)備末端的玻璃板。
圖10是雕刻寶石觀察器的第四實(shí)施方式的側(cè)平面圖，其具有圓錐形 外殼和單個(gè)透鏡，且鉆石戒指被夾持在觀察器內(nèi)，并手對(duì)焦以獲得光束的
鏡像，該鏡像將辨識(shí)號(hào)顯示為因沒(méi)有光而暗的字符。
圖11是第四實(shí)施方式的改進(jìn)形式的側(cè)平面圖，其顯示圓錐形外殼在其 下端具有玻璃片，且鉆石的切平面被緊壓著玻璃以幫助使觀察器對(duì)焦來(lái)獲 得切平面和辨識(shí)號(hào)的鏡像。
優(yōu)選實(shí)施方式描述
盡管本發(fā)明可以接受許多不同形式的實(shí)施方式，但是附圖和說(shuō)明書詳 細(xì)顯示和描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)理解，附圖和說(shuō)明書應(yīng)被
認(rèn)為是本發(fā)明原理的例證。它們并不意欲將本發(fā)明的寬泛的方面限于所示 的實(shí)施方式。
寶石5，例如鉆石，具有平坦的或平面的上部表面。寶石5的上部表 面或切平面6被拋光成光滑的。當(dāng)從上面觀察寶石5時(shí)，切平面6是中心 定位的，并由向下成角度的刻面7圍繞?？堂?向?qū)毷?最寬的部分或切 割邊緣8傾斜。當(dāng)如在圖5中從上面觀察時(shí)，寶石5的形狀界定了其中心 9 。寶石5的中心9通常是其切平面6的中心。典型的寶石5的切平面6 直徑在大約2 mm到12mm (毫米)范圍內(nèi)。為了避免混淆，切平面6的 光滑表面被以微米級(jí)或納米級(jí)蝕刻，以在切平面6中形成雕刻物或銘刻物 10，如辨識(shí)號(hào)ll。諸如戒指、項(xiàng)鏈、垂飾的珠寶件15通常嚙合切割邊緣8 以固定寶石5。切平面6保持暢通無(wú)阻并易于觀察。寶石5或珠寶件15制 造商的名稱、標(biāo)識(shí)、廣告語(yǔ)、或商標(biāo)，或者消費(fèi)者的個(gè)人信息和圖片，也 可祐:蝕刻到切平面6，用于識(shí)別和市場(chǎng)目的。雖然蝕刻過(guò)程和銘刻物10挫 傷了切平面6原本光滑的表面，但是微米級(jí)或納米級(jí)的蝕刻物的尺寸、性 質(zhì)使得銘刻物10、辨識(shí)號(hào)11、標(biāo)記或廣告語(yǔ)對(duì)于肉眼或未受協(xié)助的人眼來(lái) 說(shuō)實(shí)質(zhì)上是不可見(jiàn)的，并且當(dāng)通過(guò)其切平面6觀察時(shí)不會(huì)減弱寶石5整體 的美感、晶瑩或閃爍。
本發(fā)明通常涉及一種雕刻寶石觀察器，其在圖1-4中通常顯示為參 考數(shù)字20。寶石觀察器20具有球體形狀的外殼21。殼21具有外表面22 和內(nèi)表面23。外表面22通常是光滑的，用于由人抓住并握緊。內(nèi)表面23 涂覆有光吸收涂層24，比如黑漆。殼21是中空的并界定了用于接納、保 持和封閉寶石5或珠寶件15的內(nèi)部空間25。殼或球體21具有中心軸線 27，并通常由兩個(gè)半殼31和41形成。每個(gè)半殼31或41優(yōu)選為整體才莫制 的塑料件，其具有半球體形狀。每個(gè)殼的壁厚大約是1/16。球體21的直 徑優(yōu)選大約4 - 1/2英寸以容納各種各樣的珠寶件15。
下部殼31構(gòu)造成接收和保持石頭5或珠寶件15。殼31具有中心、圓 形的開(kāi)口 32以及平面的外部邊緣33。開(kāi)口 32接納對(duì)焦組件，下面將討論。 下部殼31的內(nèi)表面23具有向內(nèi)凸出的環(huán)形凸緣34。環(huán)形凸緣34定位在 中心開(kāi)口 32周圍。 一對(duì)相對(duì)的校準(zhǔn)臂(alignment leg)35從環(huán)形凸緣34延伸
并進(jìn)一步進(jìn)入到下部殼31的內(nèi)部25中。校準(zhǔn)臂35中的至少一個(gè)具有形 成在其朝內(nèi)表面中的線性溝槽或槽36。中心開(kāi)口 32、環(huán)形凸緣34以及校 準(zhǔn)臂35聯(lián)合形成校準(zhǔn)槽38，用于接收和保持對(duì)焦組件。下部殼31的底部 成形為形成平面的凸緣39。平面的凸緣39具有平坦的底部或者外表面。
上部殼或圓頂41構(gòu)造成接收并封閉寶石5或珠寶件15，并且可拆卸 地固定到下部殼31。與下部殼31類似，上部殼具有中心的、圓形的開(kāi)口 42以及平面的外邊緣43。中心開(kāi)口或》見(jiàn)察入口 42與下部殼31的中心開(kāi) 口 32直徑地相對(duì)并且軸向?qū)R。兩個(gè)開(kāi)口 32和42的中心都定位在》見(jiàn)察 器20的中心軸線27上，并界定觀察器20的中心軸線27。每個(gè)半殼31和 41的邊緣成形為匹配地接收另一個(gè)半殼的邊緣，以形成完整的球體21。 上部殼41設(shè)計(jì)成扣合到下部殼31，并當(dāng)被這樣固定時(shí)允許其圍繞下部殼 旋轉(zhuǎn)。上部殼包括4個(gè)向里延伸、等長(zhǎng)度的安裝臂45。兩個(gè)殼都由硬塑材 料制成以保持其形狀，并且是不透明的以在使用中阻止周圍的外部光進(jìn)入 球體21。
;故大鏡或透鏡50由上部殼41的中心開(kāi)口 42接收。透鏡50具有上凸 面52和下凸面53。放大鏡50是由玻璃或塑料制成的常規(guī)凸透鏡。透鏡50 的直徑大約20mm，光學(xué)放大倍數(shù)在14X到20X的范圍中。當(dāng)放大倍數(shù)為 18X時(shí)，讀取寶石5上銘刻物10的焦距約為0.6英寸。透鏡50的中心位于 觀察器20的軸線27上。透鏡50的周界填充中心開(kāi)口 42，并且由形成中心 開(kāi)口的殼41的邊緣齊平;也并匹配地^接收。當(dāng)半殼31和41結(jié)合在一起時(shí)， 觀察器20通常設(shè)計(jì)成防止環(huán)境光進(jìn)入其內(nèi)部25。雖然一些環(huán)境光可以通過(guò) 觀察透鏡或目鏡50進(jìn)入，但是進(jìn)入的光相對(duì)較少，并且考慮到內(nèi)部光吸收 涂層24，以及由觀察器20的內(nèi)部光源60發(fā)出的光量大得多，其影響可忽 略。反射加強(qiáng)涂層55被應(yīng)用到透鏡50的整個(gè)下表面53。涂層55是通過(guò)真 空沉積應(yīng)用到透鏡的常規(guī)的金屬反射涂層。涂層55反射一部分光，并允許 一部分光透過(guò)涂層和透鏡50。反射涂層55具有大約50/50光束分離，或者 大約50 %反射和50 %透射。透鏡50不由光吸收涂層24覆蓋。
上部殼或圓頂41裝有觀察器20的內(nèi)部光源60。光源60由具有四個(gè) 發(fā)光二極管(LED)發(fā)光體62的電路板61形成。如圖2和圖3所示，每
筒，其中光或光子的大部分在一段有用的距離上與光束的路徑保持大致平
行。每個(gè)LED發(fā)光體62的頂端直徑大約是5mm,并且發(fā)出該直徑大小的 光束65，且當(dāng)其遠(yuǎn)離源62傳播時(shí)，光束直徑略微發(fā)散。每個(gè)實(shí)質(zhì)上單向 的發(fā)光體62以大約3.7伏特工作，最大光強(qiáng)大約是4400毫坎德拉，并且 產(chǎn)生具有大約10度發(fā)散錐體的光束65。發(fā)光體62優(yōu)選地為由Lite-On, Inc., of Milpitas, California制造并以型號(hào)LTL33BCWK5AT銷售的類型的常規(guī)的 LED發(fā)光體。光束65的發(fā)散錐體在光束從透鏡50的凸面53反射后增加 到大于10度，這將在下面討論。雖然發(fā)光體62被描述為白光，但是應(yīng)理 解，其可以是特定的顏色或被以某種方式過(guò)濾，而不偏離本發(fā)明的寬泛的 方面。
LED發(fā)光體62通過(guò)電路板61與電池66電相通。電路板61包括運(yùn)動(dòng) 開(kāi)關(guān)或重力開(kāi)關(guān)67以及定時(shí)電路68。當(dāng)運(yùn)動(dòng)開(kāi)關(guān)67感測(cè)到上部殼41的 物理運(yùn)動(dòng)時(shí)，其激活光源60。定時(shí)電路68在期望時(shí)間段后關(guān)閉光源60。 常規(guī)的LED發(fā)光體62、電池66、開(kāi)光67和定時(shí)器68由電路板61電地、 配合地連接。通常平面的電路板61通過(guò)定位柱45和緊固件如螺絲通常垂 直于殼41的軸線27安裝。電路板61具有直徑大約為l-3/4英寸的圓形、 中心的開(kāi)口 69。開(kāi)口 65的中心定位在觀察器20的中心軸線27上，使得 開(kāi)口 69通常平行并對(duì)準(zhǔn);故大透鏡50。 LED發(fā)光體62關(guān)于中心開(kāi)口 69等 距離地間隔開(kāi)。如圖2和圖3中所示，每個(gè)發(fā)光體62被定向成將其頂端 對(duì)著透鏡50，使其發(fā)出的光束對(duì)準(zhǔn)透鏡。
在圖1-4中所示的球形觀察器實(shí)施方式中，每個(gè)發(fā)光體62的頂端被 定位成距離觀察器20的中心軸線27大約3/4英寸，并且光束65的中心線 離該中心線照到透鏡表面53的點(diǎn)大約是l/2英寸。但是，應(yīng)理解，這些尺 寸可以改變，而不偏離本發(fā)明的寬泛的方面。此外，雖然觀察器20顯示 為具有四個(gè)LED發(fā)光體62，但應(yīng)理解，觀察器可具有單個(gè)光源。盡管如 下所述，使用具有多個(gè)發(fā)光體62的觀察器有助于操作者發(fā)現(xiàn)并將一個(gè)光 束65定位在寶石切平面6上使得能夠在沿觀察器20的中心軸線27的焦 點(diǎn)處看見(jiàn)鏡像，但應(yīng)理解，只需要單個(gè)發(fā)光體62就能產(chǎn)生如圖5中由操
作者看見(jiàn)的鏡像。多發(fā)光體62觀察器20的不利之處在于其往往降低由鏡 l象展示的蝕刻物IO或辨識(shí)號(hào)11的清晰度。
上部殼41包括電路板覆蓋物70。覆蓋物70具有彎曲的外部部分72， 外部部分72成形為使其外部表面齊平地嚙合并緊貼上部殼41的內(nèi)表面 23。覆蓋物70還形成直接位于電路板61下表面的下方并緊貼該下表面的 通常線性的壁74。覆蓋物70具有圓形的中心開(kāi)口 75，開(kāi)口 75具有與電 路板61的開(kāi)口 69相同的半徑，且軸向?qū)R并配準(zhǔn)開(kāi)口 69。 LED發(fā)光體 62發(fā)出的光由放大透鏡50反射穿過(guò)開(kāi)口 69和75。電路板61及其覆蓋物 70將由上部殼41形成的內(nèi)部25分割成上部發(fā)光室78和下部鉆石室79。 在此實(shí)施方式中，LED發(fā)光體62 it定向成使得在光束65由》丈大透鏡50 反射之前，光束65不直接穿過(guò)中心開(kāi)口 69和75并進(jìn)到鉆石室79中。與 殼31和41的內(nèi)表面23以及球體20的其它的內(nèi)部部件類似，電路板61 及其覆蓋物70優(yōu)選地涂覆有光吸收材料24，如黑漆。
雕刻寶石觀察器20適于并凈皮設(shè)置成接收寶石安裝夾持組件80,在圖4、 6和7中最佳地顯示。夾持組件80包括帶有中心開(kāi)口的下部安裝支架或板 81。支架81具有大致平坦的上部表面，且兩個(gè)向上突出的柱82接近一端 定位。支架81的另一端具有推動(dòng)板82a。支架81裝有一對(duì)夾具83和93。 下部夾具83滑動(dòng)地安裝到支架81的上表面。夾具83具有一對(duì)有中心開(kāi)口 的水平滑桿84。每個(gè)滑桿84具有拉長(zhǎng)槽?；瑮U84的一端具有推動(dòng)板84a。 滑桿84的另 一端包括具有上部夾持部分86的向上延伸的U形夾持臂85。 上部夾具93具有下部板94，下部板94具有適于鎖定地接收柱82的槽。夾 具93包括具有上部夾持部分86的向上延伸的U形夾持臂95。臂85和95 的上部夾持部分86和964^配置成夾持單個(gè)如圖3中所示的未安裝的寶石5, 或夾持如圖2中的珠寶件15，如戒指。 一組兩個(gè)彈簧97將夾持組件80偏 壓到如圖6中的閉合位置98中。每個(gè)彈簧97的一端固定到下部夾具83， 且每個(gè)彈簧的一端固定到上部夾具93。通過(guò)將推動(dòng)板82a和84a擠到一起， 夾持組件80移動(dòng)到其如圖2、 3和7中的打開(kāi)位置99。
寶石觀察器20包括對(duì)焦組件100，其被最佳顯示在圖2-4中。對(duì)焦 組件100由下部殼31的中心開(kāi)口 32和校準(zhǔn)槽38接收。組件100包括對(duì)
焦輪IOI，其通常是平坦的，具有中心轂和遠(yuǎn)離球體21延伸的外部肋形邊
緣以易于夾緊。轂具有與殼31的平面凸緣39的下表面成齊平的、可旋轉(zhuǎn) 的接合的平坦的中心上部表面。輪101可螺紋地并剛性地固定到對(duì)焦螺桿 或桿105。桿105與觀察器20的中心軸線27共軸對(duì)齊。桿105可螺紋地 并可旋轉(zhuǎn)地接收可調(diào)節(jié)的對(duì)焦螺母111。螺母111具有較薄的上部部分112 和較厚的下部部分113以界定具有多個(gè)凹進(jìn)處115的水平突出部分114。
可調(diào)節(jié)的對(duì)焦組件100包括平臺(tái)或托架121。托架121包括下部連4妻 板122，連接板122具有向下突出的鎖定螺柱122a，鎖定螺柱122a匹配地 4皮接收到螺母111中的凹進(jìn)處115中以將螺母固定到托架。平臺(tái)121包括 外部環(huán)狀的凸緣123,凸緣123的直徑足夠大使得其嚙合下部殼31的校準(zhǔn) 臂35。外部凸緣123包括防旋轉(zhuǎn)的鍵123a，其滑動(dòng)地接收在一個(gè)校準(zhǔn)臂 35的線性槽36中。鍵123a鍵控嚙合到槽36中，防止平臺(tái)121和螺母111 旋轉(zhuǎn)，使得調(diào)節(jié)輪101和桿105的旋轉(zhuǎn)不使螺母111或托架121旋轉(zhuǎn)。相 反，對(duì)焦螺母111和托架121沿調(diào)節(jié)桿105，或者換句話說(shuō)沿與觀察器20 的中心軸線27共軸的行進(jìn)的線性路徑向上或向下線性地移動(dòng)。托架121 包括內(nèi)部凸緣124,其界定用于貼合地接收螺母111的上部部分112的中 心開(kāi)口。平臺(tái)121也包括具有平坦的上表面或平臺(tái)128的外部框架127， 用于齊平地接收和支撐寶石安裝組件80的安裝板181的下表面。外部框 架127包括四個(gè)間隔的角柱129，來(lái)貼合地接收安裝板81的側(cè)面，以當(dāng)夾 持組件80被固定到對(duì)焦組件100時(shí)將夾持組件80保持在合適位置。如上 所述，夾持組件80和對(duì)焦組件100優(yōu)選地涂覆有光吸收材料24，如黑漆。
如圖3所示，平臺(tái)128與垂直于中心軸線27的方向傾斜或成約5度 (5° )角。當(dāng)放置在平臺(tái)128上時(shí)，夾持組件80也以相同的角度傾斜， 使得寶石5的切平面6也傾斜相同的角度，以便成角度地朝向所選擇的入 射光束65的方向。夾持組件80定位在平臺(tái)128上，使得寶石5的切平面 6保持與觀察器20的中心軸線27對(duì)齊。雖然平臺(tái)128和寶石切平面6顯 示為是傾斜的，以有助于在沿觀察器20的中心軸線27的焦點(diǎn)149處產(chǎn)生 鏡像150，但應(yīng)理解，本發(fā)明的廣泛的方面也適用于將寶石切平面6定位 成垂直于觀察器的中心軸線的觀察器。
如圖2和3中所示，光由LED發(fā)光體或多個(gè)發(fā)光體62發(fā)出，使得每個(gè) 光束65沿朝放大透鏡50的路徑傳播。每個(gè)光束65照到透鏡50的下凸面 53的一部分上，并^M射以沿著朝向或入射到由夾持組件80固定的寶石5 的切平面6的路徑142向下傳播。假定透鏡表面53是高度拋光和光滑的， 并且具有反射加強(qiáng)涂層55，光束65以類似鏡面反射的方式由透鏡表面53 反射，盡管凸面53微小的彎曲造成光束65或其發(fā)散錐體額外的分散。但 是，沿著入射路徑142傳播的大部分反射光仍然保持了包括實(shí)質(zhì)上單向光 的大體上明確的光束形狀。假定寶石5的切平面6非常平，并且是高度拋 光和光滑的，則光束65以鏡面反射的方式從上面照到切平面6上，使得當(dāng) 反射的單向光束65沿鏡^^反射路徑143傳播時(shí)其完整性得以保持。
切平面6的蝕刻區(qū)域或銘刻物10以漫射反射的方式反射光束65。光 束65沿照到寶石5上鋁刻物10上的入射路徑142傳輸?shù)牟糠直灰月浠?散射方式自路徑143反射開(kāi)。光束65被漫反射的部分不沿與光束65被鏡 面反射部分的相同的路徑143傳播。因此，光束65的漫反射部分沒(méi)有對(duì) 準(zhǔn)透鏡50,并且被覆蓋在球體21內(nèi)部表面的光吸收涂層24所吸收。光束 65的鏡面反射部分被反射為沿向透鏡50返回的路徑143向上傳播。雖然 當(dāng)光束65照到寶石切平面6并由寶石切平面6反射時(shí)，其總直徑大于5mm， 但是光束用于通過(guò)鏡面反射產(chǎn)生光譜反射光圖像150的有效或有用的直徑 ^i人為大約為5到6mm。
沿鏡面反射路徑143傳播的反射光束65被透鏡50聚集，并被沿向焦 點(diǎn)149傳播的聚焦路徑144集中以便觀察。焦點(diǎn)149位于與透鏡50軸向 對(duì)齊的地方，并在透鏡50上方大約二到三英寸的距離。當(dāng)通過(guò)觀察器20 在其焦點(diǎn)149觀察寶石5時(shí)，觀察器顯示包括如圖5中的白亮區(qū)域152的 光圖像150。當(dāng)照到寶石5的切平面6的單向的光束65大到足以覆蓋切平 面的整個(gè)表面時(shí)，光圖像150以具有有角的周界153的清楚的圖案顯示光 亮區(qū)域152，周界153顯示了被觀察的寶石切平面6的有角的周界。光亮 區(qū)域152由光源60的光譜反射光形成。光亮區(qū)域152包括暗區(qū)域155,其 包含代表刻到寶石5的切平面6中的銘刻物10或辨識(shí)號(hào)11的單個(gè)字符或 不連續(xù)的組件區(qū)域156。由銘刻物IO造成對(duì)切平面6的原本平坦、光滑的
表面的破獲，擾亂了由銘刻物反射的光，使得那部分光不沿著路徑143或 144向焦點(diǎn)149傳播。因此，在焦點(diǎn)149所看到的光圖像150的銘刻物部 分10顯示為光亮區(qū)域152中由于沒(méi)有光形成的暗的字符156。
寶石5的切平面6定位在內(nèi)部焦點(diǎn)148處，使得在外部焦點(diǎn)149的光 圖像150產(chǎn)生形成銘刻物10的辨識(shí)號(hào)11的字符154的不連續(xù)的圖像。透 鏡50和發(fā)光體62的幾何構(gòu)型和方位，以及形成銘刻物10或辨識(shí)號(hào)11的 字符154的尺寸，決定了內(nèi)部焦點(diǎn)位置148的定位。在此實(shí)施方式中，焦 點(diǎn)位置148距離透鏡大約1/2到3/4英寸，但在其它實(shí)施方式中可以不同， 而不偏離本發(fā)明的寬泛的方面。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)焦輪IOI、對(duì)焦螺母111和托 架121,沿著與觀察器20的中心軸線27共軸的行進(jìn)的線性路徑移動(dòng)夾持 組件80和寶石5，使得寶石靠近或遠(yuǎn)離透鏡50移動(dòng)，并進(jìn)到期望的焦點(diǎn) 位置148中。
圖8A顯示了雕刻寶石觀察器200的第二實(shí)施方式。觀察器200具有 單個(gè)半殼結(jié)構(gòu)，其包括平坦的基部231和上部殼或圓頂241?；?31具 有平坦、水平的上表面233以接收并固定地安裝寶石5。基部231也裝有 光源60。觀察器200設(shè)計(jì)成在使用時(shí)放置在平坦的支撐表面上以便穩(wěn)定。 為了這個(gè)目的，基部231的底部是平坦的。寶石5 ^皮放置在沿觀察器200 的中心軸線27定位的中心槽口 235中。中心槽口 235 ^皮成形成定位寶石5 使其切平面6與基部231的表面223基本平行。為了聚焦觀察，上部殼241 的中心部分凹進(jìn)，以使透鏡50更靠近寶石5。光源60類似于觀察器20的 光源，包括電路板、電池、運(yùn)動(dòng)開(kāi)關(guān)和中心開(kāi)口。
發(fā)光體262是常規(guī)的多向白熾燈泡，但是也可以是單向的發(fā)光體62。 發(fā)光體262關(guān)于寶石5均勻地間隔開(kāi)，并且低于切平面6定位，使其發(fā)出 的光不直接照在切平面上。觀察器200的內(nèi)部包括光吸收涂層24。透鏡 50為與球體形狀觀察器20相同的通常類型，并且包括反射加強(qiáng)涂層55。 本實(shí)施方式的改進(jìn)形式顯示在圖8B中。在此形式中，寶石5從與觀察器 200的中心軸線27直線對(duì)齊處傾斜或成角度，使得其切平面6面向固定到 上部殼241的上部部分的LED發(fā)光體62。發(fā)光體62高于寶石5的切平面 6定位，并且其單向光束直4妻對(duì)準(zhǔn)寶石切平面6。
光路141 - 144與上述基本相同，展示寶石5的切平面6上的銘刻物 10的光源60的光譜反射光圖像150以基本相同的方式產(chǎn)生。透鏡50固定 到上部殼241,且透鏡50的中心在觀察器200上的中心軸27上。但是， 透鏡50安裝在成角度的位置，使得其光軸與中心軸線27成角度。上部殼 或圓頂241關(guān)于基部231旋轉(zhuǎn)以幫助使寶石5的切平面6到達(dá)焦點(diǎn)位置148 并使光圖像150以及銘刻物10的字符對(duì)好焦距。
圖9顯示了雕刻寶石觀察器300的第三實(shí)施方式。此觀察器300包括 顯微鏡裝置350。觀察器300具有單個(gè)半殼結(jié)構(gòu)，其包括與觀察器200的 基部類似的平坦的基部231以及裝有顯微鏡裝置350的改進(jìn)的上部殼或圓 頂241。基部231具有用于固定地安裝寶石5和固定光源60的上表面223。 觀察器200的里面包括光吸收涂層24。
與觀察器200類似，寶石5被放置在沿著觀察器300的中心軸線27 定位的中心槽口 235中。中心槽口 235成形為將寶石5的切平面6定位成 與基部231的表面223基本平行。光源60與觀察器20的光源類似，包括 電路板、電池和中心開(kāi)口。發(fā)光體262是常規(guī)的多向白熾燈泡，不是單向 的。發(fā)光體262關(guān)于寶石5均勻間隔開(kāi)，并低于切平面6定位，使其發(fā)出 的光不直接照到切平面上。光路141-144與觀察器20和200的類似，但 由于兩個(gè)透鏡351和352而包括另外的路徑345。展示寶石5的切平面6 上的銘刻物10的光源60的光譜反射圖像150基本相同。
顯微鏡裝置350具有由管353保持的間隔開(kāi)的兩個(gè)透鏡351和352。 透鏡351和352具有與球體形狀觀察器20中的透鏡50相同的通常類型。 透鏡351和352之間的距離是可調(diào)節(jié)的，以使寶石上的銘刻物10對(duì)好焦 距。在其下表面具有反射加強(qiáng)涂層55的玻璃板355固定到裝置350的下 端。顯微鏡350的該端穿過(guò)觀察器300的入口 42,使得玻璃板355定位在 觀察器內(nèi)部。顯微鏡裝置350的中心線沿觀察器300的中心軸線27定位， 其光軸與觀察器的中心軸線27共軸對(duì)齊。顯微鏡裝置350可相對(duì)于寶石5 旋轉(zhuǎn)。顯微鏡裝置350剛性地固定到上部殼341。殼241和顯孩i鏡裝置350 可相對(duì)于基部231旋轉(zhuǎn)。這幫助使寶石5的切平面6到達(dá)焦點(diǎn)位置148， 并使圖像150和銘刻物152對(duì)好焦距。
圖lO和ll中顯示了雕刻寶石觀察器400的手持式實(shí)施方式。觀察器 400具有錐形殼結(jié)構(gòu)，其包括具有兩端的錐形殼441。錐形殼441形成觀 察器400的內(nèi)部室25。光源460固定到殼441的內(nèi)表面。光源60與觀察 器20的光源有些類似，包括被成形為齊平地固定到殼441內(nèi)表面的錐形 電路板，裝有電池，并連接到手動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)。透鏡50固定到錐形殼441 的上端。透鏡50具有與球體形狀的觀察器20相同的常規(guī)類型，并包括反 射加強(qiáng)涂層55。觀察器200里面包括光吸收涂層24。寶石5或珠寶件15 4皮接收到錐形殼41形成的內(nèi)部室25中。
圖11顯示了容器400的改進(jìn)的實(shí)施方式。觀察器400的這個(gè)形式包括 固定到錐形殼441的與透鏡相反一端的玻璃板454。觀察器400通過(guò)將寶 石5的切平面6貼在玻璃板454的外表面來(lái)接納寶石5。在兩個(gè)形式中， 當(dāng)寶石5的中心9定位在朝發(fā)光體62略微偏離中心軸線27中心時(shí)，觀察 器400可以更好地工作。這種偏離引導(dǎo)圖像150通過(guò)透鏡150的中心。內(nèi) 部光源60優(yōu)選為球形觀察器20中的類型的常規(guī)的單向LED發(fā)光體62。 光源60可以是關(guān)于錐形殼441內(nèi)部均勻間隔開(kāi)的若千個(gè)LED發(fā)光體。發(fā) 光體62以類似于球形觀察器20的方式定向。用于產(chǎn)生展示寶石5的切平 面6上的銘刻物的光源60的光譜反射圖像150的光路141 - 144與上述大 致相同。用手移動(dòng)寶石5以幫助寶石5的切平面6進(jìn)到焦點(diǎn)位置148,并 -使圖4象150和銘刻物10或辨識(shí)號(hào)11對(duì)好焦距。
盡管已經(jīng)參考若干個(gè)實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 理解，可以做出各種改變并可替代等價(jià)物，而不偏離本發(fā)明的寬泛的方面。
權(quán)利要求
1. 一種雕刻寶石觀察器，其用于觀察具有平坦、光滑的表面的寶石，以視覺(jué)地展示被雕刻或蝕刻到原本平坦、光滑的表面里的銘刻物，例如辨識(shí)號(hào)，所述銘刻物的尺寸小得以致對(duì)于肉眼是不可見(jiàn)的，所述雕刻寶石觀察器包括不透明的容器，其具有外殼、觀察入口、內(nèi)表面和內(nèi)部室，所述內(nèi)表面涂覆有光吸收材料，且當(dāng)寶石被所述容器配合地接收時(shí)，所述容器適合于實(shí)質(zhì)上防止周圍的外部光照到寶石的平坦、光滑的表面上；放大透鏡，其具有焦點(diǎn)，所述放大透鏡在所述觀察入口上被定向?yàn)楫?dāng)寶石被所述容器配合地接收時(shí)允許觀察所述寶石的平坦、光滑的表面；光源，其發(fā)出光，所述光被定向?yàn)檠叵蛩鰧毷乃銎教埂⒐饣谋砻娴娜肷渎窂絺鞑ネㄟ^(guò)所述容器的所述內(nèi)部室，所述光由所述平坦、光滑的表面光譜反射以產(chǎn)生光譜反射光，所述入射路徑以及所述寶石的所述平坦、光滑的表面被定位并被定向以引導(dǎo)所述光譜反射光沿光譜反射路徑通過(guò)所述放大透鏡傳播并到達(dá)焦點(diǎn)，且沿所述入射路徑傳播的所述光的一部分由所述銘刻物漫反射，并且遠(yuǎn)離所述光譜反射路徑傳播，以及其中所述光譜反射光產(chǎn)生光圖像，所述光圖像將所述銘刻物展示為所述圖像中缺少光的部分，所述圖像和所述銘刻物在所述放大透鏡的所述焦點(diǎn)處是看得見(jiàn)的。
2. 如權(quán)利要求1所述的雕刻寶石觀察器，其中所述光源定位在所述 容器的所述室內(nèi)，所述光被引導(dǎo)為沿朝具有反射涂層的透明表面的初始路 徑傳播，所述透明表面以及所述反射涂層被定位和定向成使所述光反射成 沿所述入射路徑傳播。
3. 如權(quán)利要求2所述的雕刻寶石觀察器，其中所述外殼形成所述觀 察入口，所述反射表面為所述放大透鏡，且所述放大透鏡由所述外殼牢固 地、齊平地接收以填充所述觀察入口，且所述容器被構(gòu)造成當(dāng)寶石被安裝 在珠寶件上時(shí)配合地接收所述寶石，且其中所述銘刻物為辨識(shí)號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的雕刻寶石觀察器，其中所述容器具有寶石入口，且寶石通過(guò)插入所述寶石穿過(guò)所述寶石入口并進(jìn)入到所述室中而由所 述容器接收。
5. 如權(quán)利要求3所述的雕刻寶石觀察器，其中所述不透明的容器具 有由平玻璃板覆蓋的寶石入口 ，且其中寶石通過(guò)將所述寶石的所述平坦、 光滑的表面齊平地壓在所述玻璃板上而由所述容器配合地接收。
6. 如權(quán)利要求2所述的雕刻寶石觀察器，其中所述容器包括配合的 第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分構(gòu)造成選擇性地分開(kāi)， 以在所述室中插入寶石并配合地接收寶石，所述第一部分和第二部分進(jìn) 一步構(gòu)造成選擇性地結(jié)合在一起，以實(shí)質(zhì)上環(huán)繞寶石并阻止周圍的外部 光進(jìn)入所述室，且所述雕刻寶石觀察器包括定位在所述容器內(nèi)的寶石支 撐機(jī)構(gòu)，所述寶石支撐機(jī)構(gòu)具有適于在固定位置中嚙合并支撐寶石的表 面。
7. 如權(quán)利要求6所述的雕刻寶石觀察器，其中所述第一容器部分和 第二容器部分是上部分和下部分，且所述寶石支撐機(jī)構(gòu)是由所述下部分形 成的槽口，所述上部分形成所述觀察入口，且所述上部分可關(guān)于所述下部 分旋轉(zhuǎn)，以使所述光圖像和所述銘刻物對(duì)焦。
8. 如權(quán)利要求7所述的雕刻寶石觀察器，其中所述觀察入口接收顯 微鏡裝置，所述顯微鏡裝置包括所述放大透鏡和第二間隔開(kāi)的放大透鏡， 所述透明表面是定位在所述顯微鏡裝置的一端并設(shè)置在所述容器的所述 室內(nèi)的玻璃板。
9. 如權(quán)利要求6所述的雕刻寶石觀察器，其中所述第一容器部分和 第二容器部分是上部分和下部分，所述放大透鏡由所述上部分牢固地、齊 平地接收以填充所述觀察入口 ，且用于支撐寶石的所述機(jī)構(gòu)包括可拆裝的 夾持組件，所述夾持組件具有適于嚙合并保持所述寶石的夾持部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的雕刻寶石觀察器，其中所述下部分包括對(duì)焦 組件，所述對(duì)焦組件適于選擇性地沿朝向所述放大透鏡的線性路徑移動(dòng)寶 石，以將所逸圖像和所述銘刻物對(duì)焦。
11. 如權(quán)利要求IO所述的雕刻寶石觀察器，其中所述容器具有中心軸 述中心軸線垂直。
12. 如權(quán)利要求11所述的雕刻寶石觀察器，其中所述寶石被安裝到珠寶件，所述容器被構(gòu)造成并適于配合地接收所述珠寶件，且所述夾持組件 適于夾持所述珠寶件。
13. 如權(quán)利要求2所述的雕刻寶石觀察器，其中由所述光源產(chǎn)生的所 述光是光束。
14. 如權(quán)利要求13所述的雕刻寶石觀察器，其中所述光源是LED發(fā) 光體，且所述光束是實(shí)質(zhì)上單向的光束。
15. 如權(quán)利要求11所述的雕刻寶石觀察器，其中平坦、光滑的表面是 寶石的切平面，且當(dāng)所述單向的光束照到寶石的切平面上時(shí)，所述單向的 光束的有效半徑為約5到6mm。
16. 如權(quán)利要求15所述的雕刻寶石觀察器，其中所述光源包括多個(gè) 發(fā)光體。
17. 如權(quán)利要求1所述的雕刻寶石觀察器，其中所述寶石是半透明的。
全文摘要
本發(fā)明是一種雕刻寶石觀察器，其用于觀察寶石的平坦、光滑的表面，該表面以微米級(jí)或納米級(jí)蝕刻有諸如辨識(shí)號(hào)的銘刻物。所述寶石被安裝在一件珠寶上，或當(dāng)被放置在觀察器內(nèi)或以其他方式被觀察器接納時(shí)可以保持尚未安裝的狀態(tài)。光源把光束對(duì)準(zhǔn)涂覆有反射增強(qiáng)涂層的放大透鏡。所述透鏡沿著包含所述銘刻物的寶石的表面的入射路徑反射所述光束。光滑平坦的寶石表面沿向放大透鏡返回的路徑光譜地反射所述光束，這產(chǎn)生了展示銘刻物的可見(jiàn)的光圖像。銘刻物顯示為光圖像的暗的或無(wú)光的區(qū)域。
文檔編號(hào)G01N21/55GK101389949SQ200680047617
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月12日
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