Brevet FR2496888A1 — publié le 19820625

La présente invention se rapporte à une association de moyens permettant l'analyse complète et entièrement automatique d0un ensemble de paramètres caractéristiques d'une gemme, en particulier le diamant et autres pierres précieuses, notamment l'analyse des paramètres géométriques et de certains paramètres physiques. Les diamantaires, joaillers, bijoutiers,..., et de façon générale tous les professionnels de la pierre précieuse ainsi que les acheteurs, détenteurs, experts financiers et assureurs aspirent à une analyse dépourvue de toutes composantes subjectives, qui permettrait d'obtenir rapidement l'identification et la détermination de la valeur d'une gemme. Par ailleurs, et ceci plus particulièrement chez les acheteurs, les banquiers et les détenteurs de pierres précieuses et pierres fines, on ressent le besoin impérieux de posséder un certificat de gradation détaillé aisément utilisable et sans contestation possible, afin de prévenir toute fraude par substitution, surévaluation,..., et utilisable comme justificatif de propriété en cas de vol. La détermination de la valeur d'une pierre précieuse résulte de l'analyse des paramètres de valeur limités habituellement aux quatre caractéristiques suivantes : poids, perfection géométrique et état de surface (proportions et poli), pureté, couleur. Pendant longtemps, la détermination des trois derniers paramètres est restée basée sur les -seules appréciations d'experts qui utiIisaient des méthodes d'observation et de comparaison visuelles. Actuellement, les normes internationales admises concernant la pureté obligent à pratiquer 1 ' observation à travers une loupe de grossissement de dix et à la comparaison d'une pierre avec une gamme d'échantillons plus ou moins bien étalonnés et variant selon le continent. L ' évolution des techniques a permis de proposer aux professionnels des appareils et matériels d ' analyse destinés à améliorer les méthodes de caractérisation mais pas toujours suffisamment efficaces et dtun emploi mal commode pour des personnes non habituées à un travail de laboratoire. Ainsi, des appareils de laboratoire tels que réflectomètres, spectrophotomètres,..., pourraient permettre de mener des investigations très précises mais fractionnées et trop ponctuelles sur une gemme donnée. Par ailleurs, ces mesures nécessitent tous les soins d'un chercheur ou d'un technicien de laboratoire hautement spécialisé, par la nécessité de manipulations et de reglages multiples, souvent longs, que seul un personnel expérimenté peut effectuer. Cet aspect de travail, à la manière des laboratoires, ne correspond aux besoins ni des professionnels des pierres précieuses, ni des experts financiers qui attendent d'une opération d ' analyse qu'elle soit complète, rapide et facile à mettre en oeuvre afin de pouvoir disposer de suite, au moment opportun, de tous les éléments caractéristiques concernant l'objet de la vente, de l'expertise ou du nantissement. Dans le domaine de l'identification, un autre appareil permet la réalisation d'une image qui se veut caractéris tique -d'un diamant taillé brillant. Dans cet appareil, on éclaire la couronne du brillant par le faisceau d'une source monochromatique de lumière cohérente formé par un dispositif optique à deux lentilles placées de part et d ' autre d ' un support photographique à developpement instantané. Ce support photographique disposé au point focal des lentilles est traversé en son centre par le faisceau incident. Le faisceau atteint la couronne du brillant préalablement mis en place sur une monture orientable à trois degrés de liberté puis est renvoyé à travers la deuxième lentille qui focalise, sur le support photographique, l'image portée par le faisceau retour. Le réglage de la présentation du brillant consiste à centrer et à superposer la réflexion de la face "table" avec l'orifice d'émergence de la source lumineuse placée au centre du support photographique. L image ainsi focalisée après réflexions et réfractions sur les faces internes et externes du brillant traduit les dispositions respectives des facettes (symétrie) et leur ultrastructure (qualité du poli) car chacune d'elles se comporte comme un véritable réseau optique. L'image est alors fixée sur le support photographique et constitue un réflectogramme caractéristique des imperfections propres à la taille de l'échantillon examiné appelé empreinte du diamant. En raison du manque de précision dans la mise en place et la présentation du diamant par rapport au faisceau, mais surtout en raison d'une part des défauts de surface et de planélté du support photographique à développement instantané (boursoufflures, cratères...) et d'autre part du bruit propre à chaque appareil qui se superpose à 1 'empreinte, cette technique ne permet pas d'obtenir une reproductibilité satlsfaisante des resultats pour prétendre fournir l'image parfaitement caractéristique et non contestable que souhaitent les profes-- sionnels, les propriétaires, les assureurs, les experts financiers et les banquiers. En effet, le défaut de cet appareil réside dans la dépendance trop prononcée entre les résultats, les conditions opératoires et les caractéristiques propres à chaque appareil. De plus, cet appareil ne permettrait au mieux que d'identifier une gemme, c'est à dire d'en fournir un réflectogramme qui se veut l'analogue d'une empreinte digitale. 11 ne constitue donc pas un instrument de gradation mais de seule identification. L'objectif de l'invention est de s'affranchir totalement des conditions opératoires et des caractéristiques propres à chaque appareil sur la qualité et la reproductibilité des mesures grâce à l'intervention de l'électronique, de la photonique et de l'informatique, L ' objectif de l'invention consiste également à fournir un ensemble d' analyse aisée qui permettra de réaliser une gradation véritable, reproductible et non contestable d'une gemme en une durée minimale, ceci sans comparaison possible avec les moyens partiels et imparfaits existant sur le marché acuellement. Cet ensemble permettra aussi de présenter les résultats sous les formes et les supports les plus appropriés à l'usage tels que listes de données alphanumériques pour une analyse poussée, représentation graphique en plein et en perspective de la gemme avec ses angles de taille, la surface de ses facettes..., la carte des inclusions, les représentations des spectres transmis, réflécEris et difkséss, les facteurs d'absoption, les indices de réfraction la conductivité thermique et, de façon générale, toutes les caractéristiques de valeur de la gemme, liées à ses paramètres physiques et chimiques, à sa qualité géométrique et à son état de surface. Le poids est traité séparément par une balance électronique. IL sert à fixer le base de la valeur de la gemme. L'invention permettra, par une manipulation simple, d'obtenir rapidement les résultats d'une analyse complète appropriez à la gradation des gemmes sans contestation possible en raison de l'étalonnage précis des éléments de base des chaînes constituant cet ensemble de métrologie gemmologique. 4A cet effets L'invention est remarquable par une association de moyens photoniques, optiques, électroniques et informatiques pour la gradation entierement automatique d ' une gemme constituant un ensemble de métrologie gemmologique à trois channes d ' analyse et de mesure couplées à un moyen informatique commun qui exploite les informations fournies par ces chaînes et présente les résultats en direct ou par télétransmission sous forme alphanumérique, graphique, photographiqùe, en visualisation directe, codée ou non sur les supports les plus appropriés tels que supports photographiques9 papiers, cartes en matière plastique, supports magnétiques, ... Plus précisément, la première chaîne se rapporte à la détermination du poids. La deuxième chaîne fournit les informations quant aux caractéristiques des formes géométriques extérieures et de surfaces ainsi que de la pureté par l'analyste de 1 'image portée par le faisceau qui interagit avec la gemme et celle du faisceau lui-meme. La troisième chaîne procède à une analyse spectrale de la lumière utilisée plus particulièrement pour la détermination des caractéristiques de couleur. Chaque chaîne est formée elle-même d'une association de moyens choisis et utilisés de façon particulière afin de permettre 1' analyse de la gemme dans les meilleures conditions de rapidité, de précision et de reproductibilité. L'ensemble pour la gradation automatique d' une gemme selon l'invention procure tous les avantages des techniques photoniques utilisées conjointement avec des moyens électroiiiques et infonnatiques ainsi que quelques avantages propres. On développera ci-après les avantages les plus importants II permet tout d'abord une analyse complète, rapide et automatique de la gemme, dépourvue de tout caractère subjectif. Cette analyse se montre reproductible et suffisamment sûre pour éviter toute critique et toute contestation. Les possibilités de présentation des résultats et leur transmission laissent espérer une commodité d d'usage tout à fait intéressante. L'invention permettra de garder en mémoire et de fournir en cas de besoin les informations détaillées sur les caractéristiques d'une gemme et de les fournir à des centres d'intervention spécialisés, à des experts, à des compagnies d'assu rancc ct à des banquiers, etc... L ' invention permettra aussi de confectionner automatiquement, en informations claires ou codées, un certificat de gradation détaillé ou une carte d'identité qui permettrait un contrôle immédiat en cas de substitution ou de présentation de faux. Moyennant I ' introduction des cours des principales places financières mondiales, l'ensemble de métrologie gemmologique selon I invention pourra proposer une estimation instantanée de la gemme analysée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin accompagnant dans lequel : la figure 1 est une vue schématique de ensemble de métrologie gemmologique selon 1 'invention. la figure 2 est une vue schématique de détail de la chaîne d'analyse par formation d'images. la figure 3 est une vue schématique de détail de la chaîne d'examen spectral de la lumière réfléchie, transmise et diffusée. L'ensemble de métrologie gemmologique selon l'in- vention, représenté schématiquement en figure 1, se compose de trois chaînes parallèles d'analyse et de mesure la chaîne de pesée 1, la chaîne d'analyse par formation d'image 2 fournissant les informations relatives aux formes, surfaces et à la pureté, la chaîne de décomposition et d'analyse spectrale 3 plus particulièrement utilisée pour la détermination des caractéristiques de couleur de la gemme. Toutes ces chaînes aboutissent à un moyen informatique commun 4 comprenant des moyens informatiques généraux 5 et notamment une unité de calcul 6, un analyseur d'informations images 7 et des entrées auxiliaires 8 telles, par exemple, d informations boursières. Ce moyen informatique procède à la détermination des caractéristiques souhaitées de la gemme examinée et présente les résultats sous les formes les plus appropriées, par exemple la visualisation sur un écran 9, la photographie ou la photocopie en 10, la mise en mémoire en 11, l'impression en 12 ou la télétransmission en 13... On examinera ci-après la constitution générale des différentes chaînes de 1 ' ensemble de métrologie gemmologique selon 1' invention. La gemme 14 est posée sur le plateau 15 d'un organe de pesée électronique 16 relié au moyen informatique 4 par un calculateur de pesée 17 et son interface 18 en vue de la détermination très précise de son poids. La gemme 14 est montée pour les autres analyses sur un support orientable 19 par l'intermédiaire d'une monture 20. La gemme 14 est éclairée séquentiellement d'une part par une source monochromatique 21 de lumière cohérente et d ' autre part par une source lumineuse plurichromatique 22 de lumière cohérente (laser) ou incohérente (lampe à arc ou à filament ou autre). Le faisceau 23, émis par la source monochromatique 21, réfléchi par la gemme 14 soit directement, soit après transmission, sera adapté et dirigé par l'ensemble 24 vers une caméra de type télévision ou de type CCD 25 à haute définition qui fournira au moyen informatique 4 les informations relatives à 1' image portée par le faisceau retour 26 après conversion en données numériques. Le faisceau - 27, émis par la source lumineuse plurichromatique 22, donne naissance à un faisceau réfléchi 28, à un faisceau transmis 29, à un faisceau diffusé 30 et à un faisceau de reférence 31. Chaque faisceau sera analysé par la chaîne 3 à travers un ensemble de décomposition spectrale multicanaux 32. On examinera maintenant plus précisément les chaînes 2 et 3. - La chaîne d'analyse à formation d'image(s) est destinée à transmettre au moyen informatique 4 les informations contenues dans le faisceau retour 26 caractéristiques de la gemme concernant la perfection de sa taille (symétrie et proportions), son état de surface et sa pureté. Cette chaîne se compose d'un banc optique 33 à sortie latérale ou tout équivalent comprenant la source lumineuse 21, un dispositif collimateur 34, un séparateur pivotant 35 et le support orientable 19 portant la gemme 14 enserrée dans la monture 20. Un miroir de retour 36, disposé à l'arrière de la monture ou à l'intérieur de celle-ci renvoie la lumière transmise. La sortie latérale correspond à la déviation du faisceau retour par le séparateur 35. Le faisceau retour 26 porteur des informations sur les caractéristiques de la gemme forme une image sur un support annexe 37, par exemple un verre dépoli, ou directement sur la surface d'analyse 38 du tube image ou de la cellule de la caméra 25 à haute définition fournissant au moyen informatique 4, après adaptation dans une interface image 39, tous les détails de l'image portée par le faisceau retour. La précision du support orientable 19, la méthode employée pour la mise en place de la gemme, pour le réglage et le repérage dé sa position, la précision dans sa présentation par rapport au faisceau incident permettent d'assurer une parfaite reproductibilité des mesures. On procède de la façon suivante. Le faisceau collimaté incident est dirigé vers la support 37 et vers la caméra 25 en retournant le séparateur 35. Il est centré parfaitement sur cette voie latérale. On retourne le séparateur et on centre parfaitement le faisceau réfléchi en amenant l'image de la face "table" sur le repère central du support 37 précédemment utilisé. La séparation des réflexions paires et impaires s'effectue par le moyen informatique 4. Cette chaîne permet d'obtenir, en plus des caractéristiques de formes, de surfaces et de pureté des informa- tions multiples sur la matière de la gemme telles qu'indice de réfractions dreté, , par analyse du faisceau retour après transmission. La dernière chaîne réalise la décomposition et l'analyse spectrale de la lumière réfléchie 28, transmise 29 et diffusée 30 renvoyée par des miroirs appropriés 40 et 41 en comparaison avec le faisceau de référence 31 dévié par le miroir 42 et les caractéristiques d'un diamant ou pierre précieuse étalon mises en mémoire dans le moyen informatique 4. Les faisceaux sont décomposés par l'ensemble 32 du type instrument spectrométrique soit successivement en séquence, soit simultanément si l'appareil possède plusieurs voies. Pour ce faire, on prévoit l'utilisaticn d'un spectroradiomètre automatisé 43 relié au moyen informatique 4 par une interface 44. Les informations sur la composition spectrale de la lumière analysée permettent9 de façon absolue, de déterminer la couleur de la gemme à l'intérieur d'une gamme connue. Elles permettent aussi de classer la gemme par sa lurlinescence et éventuellement par ses autres spectres de diffusion (Raman, Brille uin, etc...) variables suivant la nature de la gemme. Ces données spectrales s ' avèrent suffisamment caractéristiques pour permettre l'identification parfaite de la gemme quant à sa couleur. Le moyen informatique 4 permet de présenter les résultats de 1' analyse sous les formes les plus diverses et sur tous les supports utilisés en informatique. Il pourra en particulier imprimer en automatique et à distance des certificats de gradation détaillés dans un langage accessible aux acheteurs. Il pourra aussi établir une estimation du prix de la pierre analysée basée sur ses qualités propres, physiques et chimiques et sur la moyenne des cours transmis par les principales places diamantaires. -L'invention a été décrite ci-dessus par ses moyens généraux Devant les applications multiples de cette invention et surtout les nombreuses possibilités des techniques mises en oeuvre, il n'est pas possible de citer tous les avantages et toutes les possibilités qui en découlent. IL est bien entendu que diverses modifications simples, par substitution au moyen d'éléments équivalents, par des variantes directes et tout autre moyen sans valeur inventive ne sauraient échapper à la présente protection et rentrent au contraire pleinement dans son cadre. REVENDICATIONS 1. Association de moyens pour la métrologie gemmologique en vue de réaliser la gradation automatique, objective, incontestable et parfaitement reproductible des critères de qualité des gemmes ainsi que leur évaluation et leur identification caractérisée par 1 'utilisation conjointe des techniques photoniques pour la détection, des techniques électroniques pour les mesures et 1' adaptation du signal et des techniques informatiques pour 1' exploitation et la présentation des résultats. 2. Association de moyens, selon la revendication 1 sous la forme d'un ensemble intégré de métrologie gemmologique caractérisée en ce que l'on associe à un moyen informatique commun (4) trois chaînes parallèles de détermination et d'analyse (1), (2), (3), respectivement du poids pour la première, des caractéristiques de formes, de surfaces et de pureté pour la seconde, des caractéristiques de couleur pour la troisième, le moyen informatique commun (4) traitant les informations reçues en vue de les transmettre, de les visualiser, de les fixer ou de les imprimer en clair ou en langage codé sous diverses formes alphanumériques, graphiques, photographiques et autres, et sur divers supports, photographiques, supports papier, cartes individuelles, supports magnétiques et autres, notamment certificats de gradation et cartes d'identification. 3. Association de moyens selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la channe de détermination des caractéristiques de formes, de surfaces et de pureté procède par la formation d'une image à l'aide d'un banc optique (33) à sortie latérale qui comprend une source (21) de lumière monochromatique cohérente, un dispositif collimateur (34), un séparateur (35), un support orientable (19) à grande précision de repérage portant la gemme (14) à analyser et un miroir de retour (36), 1' image portée par le faisceau retour étant transmise au moyen informatique (4) à travers une interface (39) par une caméra (25) vidéo ou du type CCD à haute définition. 4. Association de moyens selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la chaîne de détermination des caractéristiques de couleur est formée par la succession d ' une source plurichromatique (22) de lumière cohérente ou incohérente, d'un ensemble de décomposition spectrale (32), par exempt un spectroradiomètre automatisé (43) et une interface (44) assuranl la conversion des informations spectrales en données numériques utilisables directement par le moyen informatique commun (4).