Brevet FR2705460A1 — publié le 19941125

La présente invention concerne un appareil gemmologique portable compact permettant notamment de déterminer la nature d'une perle perçée.ou non par l'observation de l'effet d'un faisceau monochromatique émis par l'unité laser de cet appareil dirigé sur ou dans l'objet à expertiser. Les dimensions réduites, le poids faible, l'autonomie énergétique la solidité et l'étanchéité de cet appareil lui permettent d'être aisément transportable et utilisable quels que soient le lieu et les conditions environnantes. Les seules méthodes actuellement mises en oeuvre pour déterminer la nature d'une perle consistent à: - immerger la perle dans une solution chimique de bromoforme dilué de monobromonaphtalène de densité 2,71 afin d'évaluer la densité de la perle et, selon que la perle flotte ou coule, conjecturer sur sa nature. Seulement ce liquide dense présente des inconvénients en lui-même car il est toxique et doit être employé à la température exacte de 40C pour que sa densité reste fixe. En outre, cette méthode ne permet pas d'identifier la perle avec certitude car il n' existe pas de limite formelle entre la densité des perles fines et celle des perles de culture. - observer la perle au moyen d'une loupe ou d'un microscope, mais cette méthode est tres aléatoire car la subjectivité y joue un rôle important. - radiographier la perle, mais cette technique requiert un appareillage de laboratoire extrèmement coûteux, encombrant, de manipulation délicate et nécessitant d'importants moyens de protection contre les risques d'irradiation. Dans l'état actuel des choses, seul un nombre restreint d'experts ayant accés à un laboratoire est en mesure d'identifier avec certitude une perle mais avec un rendement faible et un coût très élevé. Un expert gemmologue effectuant un voyage à l'étranger par exemple afin d'y acheter un lot de perles ne peut donc pas avoir sur lui un matériel d'analyse lui permettant de déterminer avec certitude si ces perles sont ou ne sont pas de véritables perles fines. Aussi la présente invention a pour but de remédier à cet état des choses en proposant un appareil gemmologique accessible à tous, portable, compact, étanche, solide, de petite taille et utilisable en toutes circonstances. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif caractérisé en ce qu'il comprend une base cylindrique métallique réceptacle de piles à l'extrémité de laquelle se visse un système de marche-arrêt, une unité laser émettrice d'un faisceau monochromatique, une pince articulée à branches fines semi-rigides, un oculaire et une aiguille creuse terminée par un connecteur susceptible d'être vissé sur l'unité laser précitée. L'appareil selon l'invention est aussi caractérisé en ce que la source du faisceau lumineux provenant de l'unité laser est un laser à solide semi-conducteur choisi pour son exceptionnelle cohérence spatiale et temporelle, sa taille réduite de l'ordre du millimètre, son besoin énergétique faible rendant possible son alimentation par de simples piles de type AA par exemple et son coût peu élevé. De plus, un laser émettant un faisceau monochromatique, la luminescence d'un objet tel qu'une perle ou un minéral soumis à ce faisceau sera visible quelle que soit la luminosité ambiante. Le laser à semi-conducteur répond donc aux exigences de l'appareil selon l'invention, savoir: être portable,de taille réduite, énergétiquement autonome, utilisable quelles que soient les conditions environnantes. L'interrupteur de l'appareil est une pièce métallique creuse filetée , susceptible d'être vissée sur la base cylindrique précitée et caractérisée en ce qu'elle comporte un ressort, un boulon d'une matière non conductrice de courant électrique, une rondelle mâle d'une matière conductrice enfilée sur la partie lisse du boulon précité et en contact avec la pièce métallique creuse précitée et un écrou borgne d'une matière conductrice vissé à l'extrémité du boulon précité, tous ces éléments étant entièrement contenus dans sa cavité interne. Le fonctionnement de ce système de marche-arrêt ainsi que la circulation du courant électrique en résultant seront expliqués plus loin dans l'exposé détaillé. Ce système de marche-arrêt étant très compact, il occupe une place très réduite conformément à l'exigence de petite taille de l'appareil selon l'invention. De plus, un tel système de marche-arrêt fait circuler le courant électrique directement dans le corps de cet appareil qui est métallique, ce qui permet d'évacuer la chaleur dissipée par la diode du laser dont le connecteur est soudé sur ce corps. Selon une autre caractéristique de l'appareil selon l'invention, le filetage de l'extrémité de l'unité laser et le filetage du connecteur de l'aiguille creuse précitée permettent d'ajouter ou d'oter cette aiguille creuse en vissant son connecteur sur l'unité laser. Cette aiguille creuse permet de focaliser le faisceau monochromatique et, selon une caractéristique décrite ci-après, de le dévier dans un objet perforé, une perle perçée par exemple, que l'on aura enfilé sur son extrémité. Cela permet aussi de changer cette aiguille creuse en fonction du diamètre de la perforation de l'objet à observer sachant par exemple que le canal d'une perle perçée peut avoir un diamètre de 3/10, 4/10 ou 5/10 de millimètre. Si l'objet n'est pas perçé, une pierre fine taillée en cabochon par exemple, cela permet de pouvoir oter l'aiguille creuse afin de soumettre directement l'objet au rayon laser pour observer sa luminescence susceptible de donner une indication sur sa structure ou sa nature. Le connecteur de l'aiguille creuse précitée est caractérisé en ce que son canal interne d'une matière brillante polie comporte une partie conique dont la base est tournée vers le canal de l'unité laser et la pointe vers le canal recevant l'aiguille creuse, cette partie conique permettant de focaliser le faisceau monochromatique dans l'aiguille creuse qui est d'un diamètre inférieur au diamètre de ce faisceau à sa sortie de l'unité laser. On évite ainsi d'avoir à installer un système de lentilles ou de miroirs dans ce connecteur, ce qui facilite sa réalisation et en diminue le coût de revient. L'aiguille creuse précitée est caractérisée en ce que son extrémité libre est biseautée, perçée d'un orifice et comporte une tige . métallique biseautée et polie aux deux extrémités introduite dans son canal, la première des faces polies de cette tige se présentant sous son orifice et la deuxième des faces polies de cette tige coincidant avec le biseau de son extrémité, cette caractéristique de l'aiguille creuse permettant notamment d'identifier avec certitude une perle perçée. En effet une perle fine est caractérisée par des couches concentriques allant du centre à la périphérie tandis qu'une perle de culture est constituée autour d'un noyau de nacre par exemple et donc dépourvue de couches concentriques dans sa partie centrale. Lorsqu'une perle perçée est enfilée sur l'extrémité de l'aiguille creuse, le faisceau monochromatique qui traverse cette aiguille est dévié dans le centre de la perle par la première face polie et l'orifice de cette aiguille. Si la perle est fine , le faisceau monochromatique suit l'une des couches centrales et vient se réfléchir sur la deuxième face polie qui lui rend sa direction initiale dans l'orifice de la perle. Si la perle est de culture, le noyau de la perle ne permet pas au faisceau monochromatique d'être réfléchi par la deuxième face polie et le faisceau crée un effet d'oeil de chat à la surface de la perle. L'oculaire précité est caractérisé en ce que son verre d'oeil est maintenu dans cet oculaire par une rondelle aisément vissable ou dévissable dans le boîtier fileté de l'oculaire. Ceci permet à l'utilisateur d'oter le verre d'oeil et d'adapter à l'oculaire des instruments de son choix tels que spectroscope, objectif d'appareil photographique ou de caméra vidéo, fibre optique reliée à un instrument d'analyse, etc... modifiant ainsi la fonction de l'oculaire qui devient simple transmetteur d'images pour ces instruments L'utilisateur peut ainsi effectuer notamment l'enregistrement de ses observations ou une spectrophotométrie. Selon une autre caractéristique, l'appareil selon l'invention comporte un système constitué d'une tige lisse maintenue par deux. attaches soudées à la base cylindrique précitée et d'une tige filetée actionnée par un bouton de réglage, maintenue par deux attaches soudées à la base cylindrique précitée permettant le déplacement de l'oculaire dans l'axe du rayon laser afin de pouvoir régler la distance focale. La pince articulée précitée est caractérisée en ce qu'elle se termine par des branches fines semi-rigides recourbées pourvues de billes souples de caoutchouc par exemple sur chaque extrémité afin de protéger l'objet maintenu par cette pince, perle fine, pierre précieuse par exemple d'un endommagement éventuel qui pourrait être causé par ces branches. Selon une autre caractéristique, l'appareil selon l'invention comporte un système constitué d'une tige lisse et d'une tige filetée actionnée par un bouton de réglage, toutes deux maintenues par deux attaches soudées à la base cylindrique précitée permettant de déplacer la pince articulée selon un axe parallèle au rayon laser. D'autres caractéristiques et avantages appararaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective de l'appareil dans son ensemble, - la figure 2 est une vue de dessus de l'appareil, - la figure 3 est une vue en perspective de la base cylindrique et des pièces s'y rattachant, - la figure 4 est une vue en perspective des éléments de la pince articulée, - la figure 5 est une vue en coupe du système de marchearrêt selon l'axe AA de la figure 3, - la figure 6 est une vue en perspective des pièces constituant le système de marche-arrêt, - la figure 7 est une vue en perpective de la pièce constituant le dos de l'appareil, - la figure 8 est une vue en perspective de l'unité laser, - la figure 9 est une vue en coupe de l'unité laser selon l'axe BB de la figure 8, - la figure 10 est une vue de derrière de l'unité laser, - la figure 11 est une vue en perspective d'une pièce de l'unité laser, - la figure 12 est une vue en perspective de la pièce support de l'unité laser, - la figure 13 est une vue en perspective du cable d'alimentation électrique, - la figure 14 est une vue en coupe du connecteur de l'aiguille creuse, - la figure 15 est une vue en perspective de l'aiguille creuse, - la figure 16 est une vue en coupe de l'aiguille creuse selon l'axe CC de la figure 15, - la figure 17 est un détail de l'aiguille creuse, - la figure 18 est une vue en perspective de l'oculaire, - la figure 19 est une vue en coupe de l'oculaire selon l'axe DD de la figure 18, - la figure 20 est une vue de devant de l'oculaire, - la figure 21 est une vue en coupe d'une perle fine perçée enfilée sur l'extrémité de l'aiguille creuse et traversée par le rayon laser, - la figure 22 est une vue en coupe d'une perle de culture perçée enfilée sur l'extrémité de l'aiguille creuse et traversée par le rayon laser, - la figure 23 représente un minéral taillé en cabochon apparaissant fluorescent statique lorsqu'il est soumis au rayon laser, - la figure 24 représente un minéral taillé en cabochon apparaissant phosphorescent statique lorsqu'il est soumis au rayon laser. En se reportant à la figure 3, on voit un cylindre creux (1) métallique, fileté à l'une de ses extrémités et soudé à pied triangulaire (1A). Cette base cylindrique (1) est le compartiment pour les piles qui alimentent le laser (45). Sur cette base (1) se visse un interrupteur (21) métallique fileté qui abrite, comme le montre la figure 5, un un ressort (36) représenté en extension sur la figure qui s'appuie d'une part sur le fond interne de l'interrupteur (21) et d'autre part sur un boulon (37) d'une matière non conductrice de courant électrique, une rodelle mâle (39) d'une matière conductrice enfilée sur la partie lisse de la tige du boulon (37) et obturant la cavité de l'interrupteur (21), un écrou borgne (38) vissé sur l'extrémité de la tige du boulon (37). Si l'on visse suffisamment l'interrupteur (21) sur la base (1) garnie de piles, la tête de l'écrou borgne (38) arrêté par les piles et le boulon (37) compriment le ressort (36). Le contact entre l'écrou borgne (38) et la rondelle (39) qui en résulte déclenche alors l'alimentation électrique du laser (45) par les piles. L'électrode (44) du laser (45) est soudée directement au corps de l'unité laser qui est métallique, ce dernier étant relié à la base (1) métallique par deux pièces (29) et (30) métalliques. L'électrode (43) restante du laser est soudée au cable (54) recouvert d'une gaine isolante qui passe par les orifices (42) et (31) jusque dans la base (1) a il est soudé au boulon (41). Ce boulon (41) d'une matière conductrice de courant est en contact avec le pôle restant des piles tout en étant isolé du corps de l'appareil par un boulon (40) d'une matière non conductrice de courant dans lequel il s'emboîte comme le montre la figure 7. La circulation du courant électrique peut donc s'effectuer ainsi: le courant continu issu des piles passe par les pièces (38), (39), (21), (1), (29), (46) jusqu'à l'électrode (44) du laser (45) et revient par l'électrode (43), le cable (54) et le boulon (41) jusqu'aux piles. Le choix d'un système d'alimentation électrique faisant intervenir le corps même de l'appareil selon l'invention å été motivé par le fait que l'électrode (44) du laser (45) est ainsi soudée à une embase métallique qui permet d'évacuer la la chaleur dissipée et empêche une fluctuation accidentelle de l'émission thermoélectronique (bruit de grenaille ou Shot effect). Pour interrompre le fonctionnement du laser (45) il suffit de dévisser légèrement l'interrupteur (21) afin que l'action du ressort (36) mette fin au contact entre l'écrou borgne (38) et la rondelle (39). Un joint (35) de caoutchouc par exemple assure l'étanchéité entre la base (1) et l'interrupteur (21) et le maintien d'une position constante de l'interrupteur (21) par rapport à la base (1). Une plaque métallique (29) est vissée par quatre vis (34) à l'arrière de la base (1) et par trois vis (34) à l'arriére de l'unité laser (2). Une pièce support (30) est soudée sur la base (1) et sous l'unité laser (2). Les figures 8, 9 et 10 représentent l'unité laser constituée d'une première pièce creuse (2) métallique cylindrique dont une extrémité est arrondie et filetée,dans laquelle vient s'emboîter une deuxième pièce creuse (46) dont la cavité (47) abrite le laser à solide semi-conducteur (45) dans sa partie la plus large et canalise le faisceau lumineux émis par le laser dans sa partie la plus étroite. A cette pièce creuse (46) est soudée l'électrode (44) du laser (45). La pièce creuse extérieure (2) en inox par exemple est une cage de Faraday, formant à la fois un écran électrostatique et électromagnétique pour les éléments qu'elle contient. La pièce creuse (46) est d'un matériau à haut indice de réflexion incluant du titane tel qu'il empêche l'agitation thermique et l'effet Doppler, permettant ainsi à la densité spectrale du rayonnement de rester constante. La résonance dans le canal (47) soigneusement poli de la pièce creuse (46) conduit à une émission stimulée parfaitement monochromatique. Le laser à solide semi-conducteur (45) aura par exemple les caractéristiques suivantes: Matériaux XM NM Z n (couche/base) (nm) (nm) (rd rd) (ns) GaAlAs/GaAs 870 4 0,7 0,6 1 Le faisceau monochromatique émis par le laser (45) peut être employé dès sa sortie de l'unité laser (2) pour observer la luminescence de perles, de minéraux par exemple soumis à ce faisceau. Les figures 23 et 24 montre la différence de luminescence entre deux types de minéraux (62) et (63) taillés en cabochon, soumis au rayon laser. Les figures 14, 15, 16 et 17 représentent une aiguille creuse (4) qui peut se visser par son connecteur (3) sur l'unité laser (2). Le connecteur (3) en inox par exemple est creux et présente une forme externe et interne identiques se decomposant en trois parties: une partie cylindrique filetée extérieurement qui peut se visser en bout de l'unité laser (2), une partie conique dont la base est orientée vers l'unité laser (2) et la pointe vers l'aiguille creuse (4), et une partie cylindrique de petit diamètre recevant l'aiguille creuse (4). Le canal de ce connecteur (3) est minutieusement poli car c'est lui qui par son matériau et sa forme permet d'injecter le faisceau lumineux dans l'aiguille creuse (4) qui a un diamètre de l'ordre du dixième de millimètre. Le canal (48) a un diamètre égal à celui du canal (47) auquel il se juxtapose quand le connecteur (3) est vissé dans l'unité laser (2). le canal (54) a un diamètre égal à celui de l'aiguille creuse (4) qui vient s'y introduire. Ce système de focalisation du faisceau lumineux par une cavité conique lisse (49) permet d'éviter l'installation de miroirs ou de lentilles. La figure 17 représente l'extrémité libre de l'aiguille creuse (4). Afin que le rayon laser puisse épouser les couches centrales d'une perle fine perçée enfilée sur l'extrémité de l'aiguille creuse (4), on pefore cette aiguille d'un orifice (51) non loin de son extrémité. On chauffe cette extrémité pour permettre sa dilatation et on y introduit une tige (53) de même diamètre en inox ou platine par exemple préalablement biseautée et polie à l'une de ses extrémités. En s'aidant d'une loupe on vérifie que la face polie (50) de la tige (53) soit positionnée en regard de l'orifice (51). Après le refroidissement de l'aiguille, on taille en biseau le plus près possible de la face polie (50) une deuxième face (52) que l'on polit également. La figure 21 montre le trajet du rayon laser envoyé par l'aiguille creuse (4) dans une perle fine perçée (60) et la figure 22 montre le trajet du rayon laser envoyé par l'aiguille creuse (4) dans une perle de culture perçée (61). Un joint (55) de caoutchouc par exemple peut être intercalé entre le connecteur (3) et l'unité laser (2) afin de bien fixer la position de l'aiguille creuse (4). Un oculaire (5) représenté sur les figures 18, 19 et 20 est maintenu à la base (1) par un système lui permettant d'être déplacé dans l'axe du rayon laser. A cet effet un cylindre creux fileté intérieurement (26) et un cylindre creux lisse (25) sont soudés à deux jambes (27) et (28) elles-mêmes soudées de part et d'autre de la base de l'oculaire (5). Le cylindre (25) est enfilé sur une tige lisse (24) maintenue par deux attaches (22) et (23) soudées à la base (1). Le cylindre (26) épouse une tige filetée mâle (18) terminée par un bouton de réglage (17) et maintenue par deux attaches (19) et (20) soudées à la base (1). En faisant tourner le bouton de réglage (17) on peut régler la distance focale. L'oculaire (5) est constitué d'un boîtier (5) fileté en son extrémité la plus large, d'un verre de champ (57) fixé au boltier (5) et dlun système amovible de verre d'oeil. Ce système amovible est constitué d'une rondelle plate (58) pourvue d'une petite protubérance (58A), d'une lentille convexe (56) et d'une rondelle bombée (59) épousant la forme de cette lentille. Lorsque ce système est vissé sur le boîtier (5) on peut oter la lentille (56) en dévissant la rondelle (58) grâce à la protubérance (58A). L'objet à observer peut être maintenu par une pince articulée dont les différents éléments sont représentés sur la figure 4. Sa partie inférieure est une pièce arrondie (11) perforée pourvue d'une encoche sur le haut. L'orifice du bas est enfilé sur une tige lisse (14). l'orifice du centre, qui est fileté intérieurement, épouse une tige filetée (13) terminée par un bouton de réglage (12). Ces deux tiges (13) et (14) sont maintenues l'une sous l'autre par deux attaches (15) et (16) soudées à la base (1). Une pièce (9) perforée et pourvue d'une encoche dans sa base arrondie se termine par un cylindre creux dans lequel sont introduites des branches fines semi-rigides en inox par exemple, recourbées et pourvues de billes souples (7) sur leur extrémité. Une rondelle (8) entourant ces branches permet de les ressérer autour de l'objet à maintenir. Une pièce (10) dont les deux extrémités sont perforées et arrondies est articulée dans l'encoche de la pièce (9) par une vis (32) et dans l'encoche de la pièce (11) par une vis (33). La pince articulée peut être déplacée selon un axe parallèle au rayon laser en faisant tourner le bouton de réglage (17). Les parties externes de l'appareil et l'aiguille creuse sont realisées en inox 448 par exemple pour garantir la solidité de l'appareil et permettre à l'aiguille creuse d'être à la fois solide et légèrement flexible. A titre d'exemple non limitatif, l'appareil aura des dimensions globales de l'ordre de 3 cm pour la largeur, 4,5 cm pour la hauteur et 12 cm pour la longueur. Bien que l'appareil puisse être posé sur son pied (lA), il n'est pas nécessaire de disposer d'un appui pour l'utiliser: il peut être tenu d'une main et manipulé de l'autre. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu a titre d'exemples non limitatifs. En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Appareil gemmologique portable compact permettant notamment l'expertise des perles par luminescence caractérisé en ce qu'il comprend une base cylindrique (1) métallique réceptacle de piles, un système de marche-arrêt qui se visse sur la base cylindrique (1) précitée, une unité laser (2) émettrice d'un faisceau monochromatique, une pince articulée (6) à branches fines, un oculaire (5) et une aiguille creuse (4) terminée par un connecteur (3) susceptible d'être vissé sur l'unité laser (2) précitée. 02/ Appareil gemmologique portable compact selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source du faisceau lumineux émis par l'unité laser (2) précitée est un laser à solide semi-conducteur. 03/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la pièce métallique creuse filetée (21) comporte un ressort (36), un boulon(37) dune matière non conductrice de courant électrique, une rondelle mâle (39) d'une matière conductrice enfilée sur la partie lisse de la tige du boulon (37) précité et en contact avec la pièce creuse (21) précitée, et un écrou borgne (38) d'une matière conductice vissé à l'extrémité du boulon (37) précité; tous ces éléments constituant l'interrupteur de l'appareil selon l'invention. 04/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le filetage de l'extrémité de l'unité laser (2) et le filetage du connecteur (3) de l'aiguille creuse (4) permettent d'ajouter ou d'oter cette aiguille creuse (4) en vissant son connecteur (3) sur l'unité laser (2). 05/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le canal interne du connecteur (3) d'une matière brillante polie comporte une partie conique (49) dont la base est tournée vers le canal de l'unité laser (2) et la pointe vers l'aiguille creuse (4). 6/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'aiguille creuse (4) est biseautée et perçée d'un orifice (51) et comporte une tige métallique (53) biseautée et polie aux deux extrémités introduite dans son canal, la face polie (50) de la tige (53) se présentant sous son orifice (51) et la face polie (52) de la tige (53) coïncidant avec le biseau de son extrémité. 07/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le verre d'oeil (56) de l'oculaire (5) est maintenu dans cet oculaire par une rondelle (58) aisément vissable ou dévissable dans le boîtier fileté de cet oculaire. 08/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'un système constitué d'une tige lisse (24) maintenue par deux attaches (22) et (23) soudées à la base cylindrique (1) et d'une tige filetée (18) actionnée par un bouton de réglage (17), maintenue par deux attaches (19) et (20) soudées à la base cylindrique (1) permet le déplacement de l'oculaire (5). 09/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la pince articulée se termine par des branches fines semi-rigides recourbées (6) pourvues de billes souples sur chaque extrémité. 010/ Appareil gemmologique portable compact selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'un système constitué d'une tige lisse (14) et d'une tige filetée (13) actionnée par un bouton de réglage (12), toutes deux maintenues par deux attaches (15) et (16) soudées à la base cylindrique (1) permet de déplacer la pince articulée (6).