CH644452A5 - Method for determining the colour of a precious stone, in particular a diamond - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Bestimmung der Farbe eines Edelsteins, insbesondere eines geschliffenen Edelsteines, beispielsweise eines Diamanten mit Brillantschliff.

Man würde annehmen, dass ein perfekter Diamantkristall vollständig farblos wäre und deshalb gleichmässig gut alle Strahlung mit Wellenlängen von 380 Nanometern (nm) bis 750 nm, d.h. Wellenlängen, die das «weisse» Licht darstellen, durchlassen würde. Die Mehrzahl aller Diamanten zeigt jedoch eine gewisse Farbe aufgrund der Anwesenheit von Defekten. Diese Defekte oder Fehler sind vorhanden, weil entweder ein Atom an seiner zugehörigen Stelle im Kristall fehlt, d.h. eine Vakanz vorliegt, oder ein Atom eine andere Stelle als die ihm zugehörige im Kristall einnimmt, d.h. ein Zwischengitteratom oder Lückenatom (interstitial) vorliegt, oder ein Fremdatom, das nicht zu dem Kristall gehört, d.h. eine Verunreinigung vorliegt. Jeder dieser Typen von Defekten verursacht, dass der Diamant selektiv in einer oder mehreren Regionen des sichtbaren Wellenlängenbereichs absorbiert, so dass ein Ungleichgewicht verursacht wird in der Mischung der Wellenlängen, die das «weisse» Licht, das auf den Diamanten einfällt, ausmachen, und der Eindruck von Farbe entsteht. Ein Defekt, der dem Wirtskristall auf diese Weise Farbe verleiht, wird ein «Farbzentrum» (colour centre) genannt. Der Typ des Defekts, d.h. die Ursache der Farbe im Diamant, ist in bezug auf die vorliegende Erfindung nicht signifikant. Die Farbe eines geschliffenen und polierten Diamanten, insbesondere eines im Bereich von farblos bis gelb, der als «Cape Series»-Diamant bekannt ist, wurde traditionell durch Vergleichen des in Frage stehenden Steins mit einem vorher ausgewählten Set von Steinen mit steigender

Tiefe der Gelbfarbe visuell abgeschätzt. Verschiedene Systeme von Standardfarbproben wurden in verschiedenen Teilen der Welt entwickelt, z.B. das GIA-System (Gemologi-cal Institute of America) und das AGS-System (American Gemological Society) in den USA sowie das CIBJO-System (Confédération Internationale de la Bijouterie, Joaillerie, Orfevrerie des Diamantes, Perles et Pierres) und der deutsche RAL-Standard.

Die visuelle Methode der Farbeinstufung ist natürlich der Kritik ausgesetzt, da sie einen subjektiven Test darstellt, der wahrscheinlich von Person zu Person in Abhängigkeit von Faktoren wie genetischen Charakteristika, Erfahrung in der Farbbestimmung, Alter und Geschlecht variiert. Ausserdem ist die Fähigkeit jedes Individuums, von Tag zu Tag gleichmässig einzustufen, durch physikalische Faktoren beeinflusst, wie z.B. die Natur der Umgebungsbeleuchtung, und durch physiologische Faktoren, wie z.B. der Zustand der Dunkel-Hell- und Farb-Adaptation des Auges und der Gesundheitszustand. Daraus folgt, dass Unstetigkeiten unvermeidlich auftreten. Diese Faktoren sind alle gut bekannt.

Damit daher die Farbeinstufung eine genauere Wissenschaft wird, besteht ein Bedürfnis nach einer wirklich objektiven Bestimmung der Farbe. In der Vergangenheit wurden verschiedene Techniken einschl. Elektronenspinnresonanz (ESR) ausprobiert, jedoch konnten bis jetzt keine zufriedenstellenden Ergebnisse erhalten werden.

Es wurde nun gefunden, dass eine wirklich objektive und reproduzierbare Farbbestimmung erhalten werden kann,

wenn man die direkte Kolorimetrie verwendet und nicht die indirekte, wie das bei ESR der Fall ist.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäss ein Verfahren zur Bestimmung der Farbe eines Edelsteines, insbesondere eines Diamanten, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Tafel des Edelsteins normal zur Achse des Lichts, das aus einer Quelle projiziert wird, ausrichtet, die Lichtachse kolinear zu einer Symmetrieachse des Edelsteins, die normal zu der Tafel ist, ausrichtet, das Licht einer gegebenen einzelnen Wellenlänge auf den Edelstein projiziert und den Anteil des durch den Edelstein durchgelassenen einfallenden Lichts misst, diese Messung für verschiedene Wellenlängen des Lichts über den Bereich der sichtbaren Wellenlängen wiederholt, um ein Transmissionsspektrum zu erhalten, und die Normfarbwertanteile (chromaticity coordinates) daraus berechnet. Der ausgerichtete Edelstein wird vorzugsweise in eine integrierende Kugel plaziert, bevor das Licht einer gegebenen einzelnen Wellenlänge auf ihn projiziert wird.

Dementsprechend wird die Farbe des Edelsteins gemäss dem Verfahren der Erfindung durch den Erhalt der Normfarbwertanteile bestimmt. Gemäss Grassman's Gesetzen ist es für einen normalen Beobachter möglich, jede Farbe anzupassen oder passend zusammenzustellen, indem er die korrekten Mengen der drei realen Helligkeiten, genannt primäre Stimuli, von ausreichend verschiedenen Farben miteinander mischt. Diese drei Grössen werden die Tri-Stimulus-Werte der Testfarbe genannt. Wenn diese drei Helligkeiten als X, Y und Z bezeichnet werden, ist ersichtlich, dass man die Mengen x(X), y(A) und z(a) der primären Lichter bzw. Helligkeiten als Funktion von Wellenlängen durch den sichtbaren Bereich experimentell messen kann, um sie an spektrale Lichter, die gleiche Energien bei allen Wellenlängen emittieren, anzupassen.

Die Wahrnehmung von Farbe in transparenten Substanzen, wie z.B. Diamanten, schliesst drei unterschiedliche Faktoren ein, nämlich eine Lichtquelle (deren relative spektrale Energieverteilung als S(X) bezeichnet wird), die das Objekt illuminiert, den spektralen Transmissionsgrad (transmittance) des Objekts, der mit T(X) bezeichnet wird und schliesslich den Beobachter. Es ist ersichtlich, dass das Produkt S(1)T(1), d.h.

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die relative Spektralenergieverteilung, die den Beobachter von dem Objekt her erreicht, der Stimulus ist, der als eine Farbe vom Betrachter wahrgenommen wird.

Während eines Treffens der CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) im Jahre 1931 wurde eine Übereinstimmung hinsichtlich der Normlichtarten (Standard illuminants) und der numerischen Werte, die den Funktionen x(A., y(X) und z(k) zugeordnet werden. Diese Normlichtarten werden als A, B und C bezeichnet und simulieren entsprechend weissglü-hendes Licht (incandescent light), Mittagssonnenlicht und Tageslicht bei bedecktem nördlichem Himmel. Tabellen ihrer spektralen Energieverteilung können in Standard-Lehrbü-chern der Farbwissenschaft gefunden werden, wie z.B. von A.C. Hardy, Handbook of Colorimetry (Cambridge, Mass.), MIT Technology Press 1936 und von G. Wyszecki und W.S. Stiles in Color Science, New York (Wiley) 1967.

Um die Farbe oder Energieverteilung in Form ihrer Tri-Stimulus-Werte zu beschreiben, muss das Produkt S(/»)T(X) wiederum durch jeden der Tri-Stimulus-Werte für das gleiche Energiespektrum x(A.), y(/„) und z(k) rechnerisch geschätzt werden, und jedes Produkt muss über alle Wellenlängen des sichtbaren Bereichs integriert werden. Die Tri-Stimulus-Werte X, Y und Z eines Prüfkörpers in Form der primären Helligkeit oder der primären Lichter (primary lights) werden somit durch einen Satz von Gleichungen wie folgt gegeben:

X = k' | S(A.)T(A.)x(A.)dk l(a)

Y = k' f S(À.)T(l)y(X) dA. l(b)

Z = k' 1 S(À.)T(Â,)z(À.)dA. l(c)

Die Normalisierungskonstante k' ist so gewählt, dass

I swywdx

Auf diese Weise werden die Tri-Stimulus-Werte auf einer Skala so ausgedrückt, dass Y= 100 für ein Objekt, das T(Â)= 1 für alle Wellenlängen aufweist. In Praxis werden die Integrale der Gleichung 1 durch Summen des folgenden Typs angenähert:

X = ko £ SWTWx(X)AA. 2

mit ko = 100/ 2 S(A.x(A.)A^, mit analogen Summen für Y und Z. Tabellen, die die Produkte S(A.)x(?t) AX, S(k)y(k) Ak und S(X)z(X)AX für die verschiedenen CIE-Lichtarten und für vier-schiedene Werte von AX auflisten, sind in Standard-Lehrbü-chern gegeben, wie z.B. in den vorstehend erwähnten, zur Verwendung mit experimentell bestimmten Transmissions- . Spektren T(/.). Die am häufigsten verwendeten Tabellen sind solche für AX= 10 nm, wobei diese Werte adäquat sind, wenn T(/.) eine geringfügig variierende Funktion von X ist.

Aus den Tri-Stimulus-Werten X, Y und Z einer Farbe können die Normfarbwertanteile x, y und z aus folgendem berechnet werden:

x= * 3

X + Y + Z

y X+Y+Z

X + Y + Z

In der Tat spezifizieren die Normfarbwertanteile x und y die Farben in Form der Attribute von Farbtönung und Farbsättigung, d.h. Tiefe der Farbe (Die z-Koordinate ergibt keine zusätzliche Information, da z= 1-x-y). Es ist auch möglich, aus den Normfarbwertanteilen x und y die «dominierende Wellenlänge» A,D zu bestimmen. A,D ist diejenige Wellenlänge, bei der die Linie, die die Normfarbwertanteile der Testfarbe und der Lichtquelle (illuminant) verbindet, den Spektralfar-benzug (spectrum locus) auf dem CIE-x-y-Farbtondiagramm (chromaticity diagram) schneidet, das in Relation zu der Farbtönung steht. Fig. 1 erläutert dieses Diagramm. Der «spektrale Farbanteil» (excitation purity) pe wird aus dem Bruch a/a + b erhalten, in dem a der Abstand auf dem Farbtondiagramm von den Normfarbwertantilen der Probe zu denen der Lichtquelle ist, während b der Abstand von denen der Probe zu dem Punkt ist, wo die Linie, die die Lichtquelle mit der Probe verbindet, den Spektralfarbenzug schneidet (bei der dominierenden Wellenlänge).

Es bleibt ein Attribut oder ein Aspekt der Farbe übrig, d.h. die Helligkeit, über die gesprochen werden muss. Der Y-Tristimuluswert ist ausgedrückt auf einer Skala von 0 bis 100. Dieser Wert drückt die Helligkeit der Farbe unabhängig von der Farbtönung aus. Diese Eigenschaft des Y-Wertes entsteht, weil die CIE-y(/_)-Funktion absichtlich als gleich der relativen Lichtausbeutefunktion, die die relative Leuchtdichte oder Helligkeit von Farben gleicher Spektralenergie als eine Funktion der Wellenlänge durch den sichtbaren Bereich ausdrückt, gewählt wurde.

Es ist klar, dass eine Farbe ebenso gut spezifiziert werden kann, indem man die zwei Koordinaten X und Y auflistet oder indem man die dominierende Wellenlänge, den spektralen Farbanteil und den Wert der Y-Tristimulusfunktion auflistet.

Da es Tabellen gibt, die die Produkte S(Xx(X)AX, S(X)yÇk)-AX und S(X)z(X)AX für verschiedene CIE-Lichtarten und für verschiedene Werte von AX listenmässig erfasst haben, ist ersichtlich, dass es durch Bestimmung des Transmissionsspektrums über den sichtbaren Wellenlängenbereich möglich ist, die Normfarbwertanteile zu bestimmen und daher eine objektive Messung der Farbe zu erhalten.

Tatsächlich wurde die CIE-Methode viele Jahre benutzt, um Farbindices von transparenten Substanzen, wie z.B. gefärbten Gläsern und klaren Kunststoffen, aus Messungen ihrer Transmissionsspektren zu erhalten. Die Methode ist auch für die Messung von opaken Materialien, z.B. angestrichenen Oberflächen, emaillierten Keramiken und dergleichen verwendet worden.

Obwohl Versuche gemacht worden sind, die CIE-Methode auf die Bestimmung der Farbe eines Edelsteins, insbesondere eines Diamanten anzuwenden, war es nicht möglich, befriedigende und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Es wird angenommen, dass dies wegen der Tatsache war, dass ein Edelstein mit Brillantschliff anormal ist. Das Messen einer Platte aus durchsichtigem Material mit genau parallelen Seiten ist einfach, wohingegen das Messen eines Reflektions-spektrums für eine opake Oberfläche etwas komplizierter ist, da das reflektierte Licht in allen Richtungen von der Probenoberfläche ausstrahlt. Diese Anormalität rührt daher, dass, obwohl der Edelstein mit Brillantschliff transparent ist, er vorsätzlich in einer solchen Weise geschliffen ist, dass das meiste Licht in einem Strahl, der auf die Tafel des Diamanten fällt und dann in den Stein eindringt, ihn als eine Zahl von gut definierten Strahlen wieder verlässt, die mehr oder weniger in Gegenrichtung zum einfallenden Strahl ausstrahlen, nämlich über die Tafel und die Kronenfacetten (crown facets). Daher ist die Situation geometrisch gesehen eher der Reflektion nahe als der Transmission. Es ist jedoch klar, dass es mit der grossen Zahl von verschiedenen Oberflächen bei

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verschiedenen Winkeln in einem geschliffenen Edelstein von fundamentaler Wichtigkeit ist, ein System zu entwerfen, das es möglich macht, einen Edelstein, z.B. Diamanten, in eine Position zu bringen und ihn in einer solchen Weise zu testen, dass seine Position relativ zur Lichtquelle so gut definiert ist, dass man den Edelstein entfernen und ihn daraufhin wieder in das System zu plazieren und seine Position festlegen kann, bis sie mit der Definition übereinstimmt, so dass gut reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden können. Gegenstand des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist monchromatisches Licht auf die Probe scheinen zu lassen und dann die Lichtmenge zu messen, die durch den Edelstein durchgelassen wird. Wie oben angegeben, strahlt Licht, das innerhalb des Steins reflektiert worden ist, in alle Richtungen von der Oberfläche der Probe aus, und darüber hinaus kann die Intensität des Lichts mit der Richtung variieren. Um diese Schwierigkeiten auszuschalten, ist es bekannt, eine Vorrichtung zu verwenden, die man als «integrierende Kugel» (integrating sphere) bezeichnet. Sie besteht aus einem geschlossenen, üblicherweise, aber nicht notwendigerweise kugelförmigem Gegenstand, dessen innere Oberfläche ideal ein perfekter diffuser Reflektor bei allen Wellenlängen ist. Dies wird in der Praxis sehr gut angenähert, indem man die Innenseite der «Kugel» mit einem speziell hergestellten Bariumsulfat- oder Magnesiumoxidanstrich überzieht. Die Kugel hat 3 Öffnungen. Die erste erlaubt den Eintritt des Lichtstrahls. Mit Hilfe der zweiten, die diametral gegenüber der ersten angeordnet ist, ist es möglich, die Probe, die gemessen werden soll, einzubringen. An der dritten Öffnung ist ein Photodetektor angebracht. Die Kugel fängt all das Licht auf, das von der Probenoberfiäche kommt, und vielfältige Reflektionen an den Wänden machen das Licht vollkommen diffus, bevor es durch den Photodetektor abgetastet wird. Die Intensität des reflektierten Lichts wird dann als Funktion der Wellenlänge relativ zu einer Oberfläche gemessen, die bevorzugt aus zusammengepress-tem Bariumsulfat oder Magnesiumoxid besteht, wobei diese beiden Stoffe allgemein als weisse Standards anerkannt werden.

Es muss dann eine Möglichkeit geschaffen werden, dass ein Objekt, das beispielsweise so klein wie ein Diamant mit Brillantschliff ist, in die integrierende Kugel in der Weise eingesetzt werden kann, dass wirklich reproduzierbare Resultate erhalten werden können.

Es wurde gefunden, dass reproduzierbare Resultate erhalten werden können, wenn die Tafel des Edelsteins genau normal zur Achse des auf den Edelstein einfallenden Lichtes so ausgerichtet ist, dass eine Symmetrieachse normal zur Tafel des Edelsteins vorliegt und diese Achse kolinear mit der Achse des Lichtes ausgerichtet wird. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird verstehen, dass, wenn man einmal erkannt hat, welche Erfordernisse notwendig sind, es dann eine relativ einfache Sache ist, eine Vorrichtung so zu entwerfen, dass diese Bedingungen oder Erfordernisse erfüllt werden. Natürlich ist eine Haltevorrichtung für den Edelstein notwendig, wobei die Haltevorrichtung ihrerseits Einrichtungen aufweist, die es ermöglichen, den Edelstein in bezug auf die Lichtquelle zu adjustieren. Auch muss der Edelstein in einer solchen Weise montiert sein, dass die Montagevorrichtungen oder Haltevorrichtungen die Ergebnisse in der einen oder anderen Richtung nicht beeinträchtigen oder wenigstens, wenn eine Beeinträchtigung vorliegt, diese derart ist, dass man sie quantitativ kompensieren kann.

Natürlich muss die Lichtquelle monochromatisch sein, jedoch muss die Wellenlänge des Lichtes eingestellt werden können. Im Handel erhältliche Spektrophotometer erfüllen diese Bedingungen. Es ist einleuchtend, dass monochromatische Laserstrahlen ebenso verwendet werden können, z.B. unter Verwendung eines Farblaser, der über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich einstellbar ist. Tatsächlich wurden Experimente mit einem Beckman Modell 25 Doppelstrahlinstrument ausgeführt, das mit einer integrierenden Kugel mit einem Durchmesser von 15,2 cm ausgerüstet war.

Es ist klar, dass, obwohl in einem «Cape Series»-Diaman-ten Gelblichkeit die beobachtete Farbtönung ist, dies dennoch nicht ausschliesslich auf die Absorption bei 415 nm zurückzuführen ist, die durch das sog. N3-Zentrum verursacht wird. Daher ist es nicht selten der Fall, dass eine Absorption in einem anderen Teil des Spektrums zu der endgültigen Farbtönung oder Farbempfindlichkeit beiträgt. So wird angenommen, dass das lb-Zentrum und das HS-Zentrum, das eine Null-Phononlinie bei 503 nm und eine Pho-non-assistierte Bande bei niederen Wellenlängen aufweist, ebenfalls zur endgültigen Farbe beitragen kann. Dementsprechend gibt die Prüfung nur eines Teils des Spektrums, z.B. des 415-nm-Absorptionsbereiches, keine verlässlichen Resultate.

Der Strahl des monochromatischen Lichts, der aus der Optik des Spektrophotometers in die integrierende Kugel eintritt, ist diffus und leicht divergent und, wie von vielen Herstellern beabsichtigt, für die Messung von Spektren von relativ grossen flachen Proben (6,45 cm2 geeignet. Für Edelsteine ist es natürlich notwendig, den Lichtstrahl zu konzentrieren und auf den Stein zu richten, indem man eine konvergierende Linse verwendet. Es ist vorgesehen, dass die Verwendung einer Linse unnötig im Falle eines Laserstrahls ist, der genügend klein für die Konzentration auf den Stein produziert werden könnte.

Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 erläutert das CIE-Farbtondiagramm, wobei x und y die Normfarbwertanteile bedeuten.

Fig. 2 zeigt diagrammartig eine typische Haltevorrichtung für Diamanten, die mit geeigneten Justiervorrichtungen ausgerüstet ist;

Fig. 3 zeigt diagrammartig eine typische optische Bank, die dazu geeignet ist, den Edelstein in der Haltevorrichtung auszurichten.

Fig. 4 stellt das Transmissionsspektrum eines typischen Cape-Series-Steins dar.

Fig. 5 zeigt einen Teil des C.I.E.-xy-Farbtondiagrammes. 1A bis 7A bzw. 1B bis 5B bezeichnen 2 Sätze von 7 bzs. 5 visuell in der Reihenfolge der steigenden Gelbfärbung eingestuften Steine.

Fig. 6 zeigt einen Teil des C.I.E.-xy-Farbtondiagrammes von 2 Sätzen von 5 Diamanten mit Brillantschliff zweier verschiedener Cape-Series-Farbtönungen. Jeder Diamant innerhalb eines Satzes zeigt dieselbe visuell bestimmte Farbe.

Die Haltevorrichtung in Fig. 2 besteht im wesentlichen aus drei Teilen A, B und C. Eine Platte C trägt einen Goniometer G. Seinerseits trägt der Winkelmesser G am Ende eines kleinen Stabes X einen Hohlzylinder oder Becher (cup) S, z.B. aus Aluminium, der mit zusammengedrücktem Bariumsulfatpulver gefüllt ist, in den die Hauptfacette oder der gewölbte Oberteil (pavilion) eines Diamanten Z gepresst ist. Es ist klar, dass durch das Anbringen des Diamanten auf diese Weise keine äussere Farbe eingeführt wird.

Mit Hilfe des Goniometers G ist es möglich, den Diamanten (in dem Becher) um z.B. 1 cm entlang jeder der zwei Richtungen in rechten Winkeln in der Ebene der Platte C zu verschieben und ebenso den Stein um bis zu etwa 10° um jede der zwei orthogonalen Achsen parallel zu den Verschiebungsrichtungen zu rotieren. Die Platte C ist von der Platte B abnehmbar, an die sie mit Hilfe von zwei Schrauben befestigt ist. Zwei Pass-Stifte an der Platte B mit entsprechend passenden Löchern in der Platte C stellen die genaue Lage von C auf B sicher.

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Die Platte B steht unter Federdruck und kann glatt gegen die Platte A oder weg von der Platte A (in einer Richtung senkrecht zur Platte A) auf Führungsstangen R mit Hilfe der Mikrometerschraube M bewegt werden. Dies stattet den Diamanten mit einem dritten Verschiebungsfreiheitsgrad senkrecht zu den zwei Freiheitsgraden, die durch den Goniometer möglich sind, aus.

Die Platte A trägt die Linse in einem Linsenhalter L. In der Platte A ist ein Loch H ausgestanzt, so dass die Linse etwa konzentrisch zum Loch H eingestellt werden kann,

indem man den Stab S, der den Linsenhalter trägt, dreht oder schwenkt. Die Platte A kann auf eine Platte A' (nicht dargestellt) von ähnlicher Grösse, die permanent an der Aussen-seite der integrierenden Kugel fixiert ist, angeschraubt werden. Die Platte A ist genau auf der Platte A' mit Hilfe von zwei Pass-Stiften fixiert. Die Platte A' weist ein Loch H' auf, das genau konzentrisch mit dem Loch H in der Platte A ist und annähernd konzentrisch mit der Probenöffnung (oder der zweiten Öffnung) in der integrierenden Kugel und mit der Öffnung, die den Einlass des Lichtstrahls erlaubt (d.h. die erste Öffnung, die diametral entgegengesetzt der Probenöffnung liegt). Wenn die Platte A auf der Platte A' fixiert ist, ragen die Linse und der Diamant in die Kugel hinein. Es ist einzusehen, dass es für den Diamanten notwendig ist, in die Kugel hineinzuragen, um sicherzustellen, dass das gesamte durchgelassene Licht detektiert wird. Weiterhin ist die Ebene der passenden Oberflächen der Platte A und der Platte A' so bearbeitet, dass sie etwa tangential zu der Kugel ist, so dass, wenn die Platte A an die Platte A' geschraubt ist, die Linse und der Lichtstrahl annähernd koaxial sind und mit Hilfe der Ausrichtemethode so ausgerichtet werden können, wie weiter unten beschrieben. Der Diamant kann mit Hilfe kleiner Bewegungen der Winkelmesserbögen koaxial zu den beiden letztgenannten ausgerichtet werden.

Die Linse ist ein achromatisches Doublett mit einem Brennpunktsabstand von 2,6 mm. Der Achromat wird verwendet, um die Dispersionseffekte auf ein Minimum herabzusetzen.

Wenn eine Laserstrahlquelle verwendet wird, ist es unnötig, den Diamanten mit einem dritten Verschiebungsfreiheitsgrad auszustatten, da eine Linse nicht nötig ist. Wenn jedoch eine Linse verwendet wird, ist es nötig, sicherzustellen, dass die Tafel des Edelsteins sich am Brennpunkt befindet.

Die in Fig. 3 dargestellte optische Bank trägt eine Lampe L (hinter einer Sammellinse in einem Lampengehäuse), einen grossen, geweissten Schirm S mit einer kleinen kreisförmigen Öffnung nahe seines Zentrums, und einen Ständer mit einer Adaptorplatte A", die identisch mit der Platte A' an der integrierenden Kugel ist, an die die Platte A des Probenhalters mit Hilfe derselben zwei Schrauben fixiert werden kann, die zum Fixieren der Platte A an die Platte A' dienen. Ein grünes Gelatinefilter F ist zwischen der Lampe L und dem Schirm S angebracht, um die Dispersionseffekte zu verringern, wenn der Lichtstrahl verwendet wird, um den Diamanten auszurichten. Diese Bauteile sind auf einer Schiene mit einem Waa-gerecht-und-Senkrecht-Querschlitten verschiebbar angeordnet. Der Abstand zwischen der Lampe L und dem Schirm S beträgt zweckmässigerweise etwa 70 cm, und der Abstand zwischen dem Schirm S und dem Probenhalter und Linse wird anfangs auf etwa 15 cm eingerichtet.

Das kritische Ausrichten des Diamanten im Halter bezüglich der Linse vor der Farbbestimmung kann ausserhalb der Kugel auf der genannten optischen Bank durchgeführt werden. Anschliessend wird der Probenhalter in die Kugel eingeführt (durch Anschrauben der Platte A auf der Platte A'), um das Spektrum des Steins zu messen.

Eine typische Ausrichtungsmethode für den Diamanten wird nun unter der Annahme beschrieben, dass die Sammellinse in der Lampe L, die Öffnung im Schirm S und die Probenhalterlinse bereits vollständig koaxial sind (die Massnahmen, um diese Bedingungen zu erreichen, werden später angegeben).

Zuerst wird die Platte C von der Platte B entfernt. Der Diamant wird dann zentral in den Becher mit Bariumsulfatpulver montiert, indem man einen flachen Gegenstand, z.B. eine flache Glasplatte, gegen die Tafelfacette presst, bis die Hauptfacette (pavilion) und die Fassungskante (girdle) unterhalb des Niveaus der umgebenden Bariumsulfatoberfläche eingebettet sind und die Tafel annähernd parallel zu dieser Oberfläche ist. Bariumsulfat wird verwendet, um den Stein zu halten, da es fast perfekt weiss ist und zur Farbe des Steins nicht beiträgt. Die Adhäsion zwischen dem Bariumsulfat und den Pavilion-Facetten ist ausreichend, um den Stein fest in seiner Lage zu halten, so dass mit dem Becher hantiert werden kann, ohne die Lage des Diamanten darin zu verändern. Die Platte C wird dann an der Platte B befestigt und der Halter auf die optische Bank montiert, indem man die Platte A an die Adaptorplatte A" schraubt. Die Tafelfacette wird dann unter Verwendung der Drehbewegung des Goniometers mit dem Auge justiert, damit sie annähernd senkrecht zur Achse der Linse ist. Wenn man den Raum verdunkelt und die Lampe L einschaltet, trifft ein (divergenter) Strahl des Lichts, der durch die Öffnung im Schirm S definiert ist, die Linse und wird zur Bildung eines Bildes einige 2,5 cm hinter der Linse konvergiert. Mit Hilfe der Verschiebungsbewegungen des Goniometers wird die Tafel des Steins jetzt in eine solche Lage gebracht, dass er den Lichtstrahl auffängt. In diesem Zustand sollte ein Bild des von der Tafelfacette spiegelnd reflektierten Lichtstrahls auf dem Schirm in der Nachbarschaft der Öffnung erscheinen. Wenn dies nicht der Fall ist, ist es notwendig, den Abstand zwischen dem Schirm S und der Probenhalterlinse zu verändern. Das Bild wird nun konzentrisch zur Öffnung eingestellt, indem man die drehenden Bewegungen des Goniometers verwendet. Dadurch ist es, möglich, sicherzustellen, dass die Tafel genau normal zu der Achse der Linse ist.

Vorausgesetzt, dass der Lichtstrahl nahe beim Zentrum der Tafel auftrifft, wird ein Muster von Lichtflecken, das 8 Hauptlichtflecken und 4 kleinere Lichtflecken umfasst (im Falle eines Diamanten mit Brillantschliff) und annähernd 8fache Symmetrie zeigt und um die Öffnung im Schirm S zentriert ist, nun auf dem Schirm sichtbar. Dieses Muster oder Bild entsteht wegen der divergenten Lichtstrahlen, die durch die Reflexion des einfallenden Lichtstrahls auf die Pavilion-Facetten entstehen und durch die Tafelfacette austreten. Der Grad der Divergenz variiert etwas von Stein zu Stein, und es kann notwendig werden, den Abstand zwischen Probenhalterlinse und Schirm in diesem Stadium zu verringern, um das Lichtfleckenmuster komplett aufzufangen. Die 8 Hauptlichtflecken des Musters werden nun so eingestellt oder angeglichen, dass sie von annähernd gleicher Intensität sind, beurteilt mit dem Auge, indem man die Translationsbewegungen des Goniometers erneut verwendet. Dadurch kann man sicherstellen, dass sowohl die Tafel des Steins normal zur Linsenachse ist, als auch dass die 8fache Achse des Steins (im Falle eines Diamanten mit Brillantschliff kann es natürlich eine verschiedene Achse mit einem verschiedenen Schliff sein, die ein verschiedenes Lichtfleckenbild ergibt) und die Linsenachse kolinear sind. Natürlich ist diese Orientierung oder Ausrichtung eine einzigartige, die nach aufeinanderfolgendem Wiedermontieren des Steins und/oder nach einer Drehung des Steins um seine Achse wiederholt erhalten wird.

Die letzte notwendige Einstellung ist die Bewegung des Steins entlang seiner Achse unter Verwendung der Mikrometerschraube M zu dem Punkt, an dem die Tafel des Steins in der Position des Brennpunkts des durch die Probenhalterlinse

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gebildeten Bildes, des Spektrophotometerschlitzes innerhalb der Kugel ist.

Dies kann dadurch erreicht werden, dass man die Lage der Tafel der Ausgangsebene zuordnet (die Rückseite eines kleinen Schirms D, der auf einem kurzen Stab befestigt ist, der in ein Loch in der Platte A diametral entgegengesetzt zum Halter, der den Stab R trägt, eingeführt werden kann), deren Lage relativ zur Lage des Brennpunkts des Photometerschlitzes (visuell bestimmt) bekannt ist. Mit dieser letzten Justierung ist der Stein so arrangiert, dass, wenn er sich innerhalb der Kugel befindet, der Teil des Lichtstrahls, der nicht in den Stein eindringt, d.h. das Licht, das spiegelmässig von der Oberfläche der Tafel reflektiert wird, entlang seines ursprünglichen Weges zurückstrahlt und die Kugel durch die Eintrittsöffnung verlässt. Auf diese Weise ist der spiegelnd reflektierte Strahl, der keine Farbinformationen trägt, durchweg aus der Kugel entfernt, und zwar unabhängig von der Grösse des Steins (natürlich mit der Massgabe, dass die Dimensionen des Bildes des Schlitzes geringer als die Tafeldimensionen sind), und deshalb beeinträchtigt dieser Strahl nicht durch Mischen die Farbe des diffusen Lichts (das innerhalb des Körpers des Steins entsteht und die gewünschte Farbinformation enthält), das durch die Photozelle abgetastet wird.

So ist der Halter nun bereit zum Transfer zur Platte A' auf der Kugel. Der Lichtstrahl wird innerhalb einer guten Annäherung immer demselben Weg durch irgendeinen speziellen Stein folgen. Es ist wesentlich, diese Bedingung zu erreichen, da die exakte Form des Transmissionsspektrums, auf der die Berechnung der Farbindices (Normfarbwertanteile) basiert, nicht nur von der Konzentration der Farbzentren in einem Stein, sondern auch von der Distanz, die das Licht innerhalb des Steins, beispielsweise des Diamanten, zurücklegt,

abhängt.

In der Praxis kann das Montieren und Ausrichten des Steins'innerhalb weniger (3 oder 4) Minuten erreicht werden.

Wie angegeben, erfolgt dies unter der Annahme, dass die Sammellinse in der Lampe L, die Öffnung im Schirm S und die Probenhalterlinse vollständig koaxial sind. Ein typisches Verfahren zur Erzielung dieser Bedingungen wird im folgenden beschrieben.

(1) Der erste Schritt zum Ausrichten der Bauteile auf der optischen Bank ist die Justierung des Lampengehäuses, um die Achse des Lichtstrahls parallel zur optischen Bank zu richten. Um dies zu erreichen, wird ein Schirm, auf den eine Anzahl konzentrischer Kreise gezeichnet sind, an einen Waa-gerecht-Senkrecht-Querschlitten befestigt und auf der Bank vor der Lampe plaziert. Wenn die Lampe eingeschaltet ist und die Irisblende, die unmittelbar vor der Sammellinse im Lampengehäuse angebracht ist, vollständig abgeblendet ist, erscheint ein Lichtkreis, der ein Bild der rückwärtigen Oberfläche der Linse ist, auf dem Schirm. Die Lage des Schirms wird eingestellt, bis der Lichtkreis auf einen der konzentrischen Kreise auf dem Schirm fällt. Der Schirm wird nun entlang der Bank verschoben, und die relative Lage des Lichtkreises und der konzentrischen Kreise werden beobachtet. Sollte der Lichtkreis nicht konzentrisch mit dem Satz der Kreise auf dem Schirm bleiben, wird die Lampe in die geeignete Richtung gedreht. Die Lage des Schirms wird erneut für die Konzentrizität des Lichtkreises und des Satzes der Kreise auf dem Schirm eingestellt. Der Schirm wird wieder verschoben und die Lampen erneut gedreht, wenn nötig. Diese Massnahmen werden wiederholt, bis der Lichtkreis konzentrisch mit den Kreisen auf dem Schirm bleibt, wenn der Schirm zu der Lampe hin- und von der Lampe wegbewegt wird. Wenn diese Bedingung schliesslich erfüllt ist, ist die Achse des Lichtstrahls parallel zur optischen Bank.

(2) Zweitens muss der Schirm S so ausgerichtet werden, dass die Achse des Lichtstrahls durch die Öffnung im Schirm

S durchgeht. Dies wird dadurch erreicht, dass man einen Zeiger (pointer) bis zum Zentrum der konzentrischen Kreise auf dem Schirm, der in Stufe (1) verwendet wird, bringt, diesen Schirm entfernt, den Schirm S auf die optische Bank plaziert und die Position des Schirms S so einstellt, dass seine Öffnung sich in einer Linie mit der Spitze des Zeigers befindet.

(3) Als nächstes muss sichergestellt werden, dass die Platte A" senkrecht zum Lichtstrahl ist. Ein Planspiegel wird bündig gegen die Platte gehalten, so dass der Strahl, der durch die Öffnung im Schirm S fällt, zurückgeworfen wird, um auf den Schirm S zu fallen. Die Platte A" wird dann geneigt, bis der reflektierte Lichtfleck konzentrisch mit der Öffnung im Schirm S ist.

(4) Die Platte A, die die Probenhalterlinse trägt, wird an der Platte A" befestigt, und der Schirm S wird etwa 10 cm von der Linse entfernt plaziert. Zwei Lichtkreise werden nun auf dem Schirm gesehen, die den Reflektionen des Lichtstrahls von der Frontfläche und der Rückfläche der Linse entsprechen. Die horizontale und vertikale Lage der Platte A" wird so eingestellt, dass die zwei reflektierten Bilder konzentrisch mit der Öffnung im Schirm S sind.

(5) Um zu prüfen, ob die Linse auf dem Probenhalter koaxial mit dem Lichtstrahl ist, wird ein Planspiegel hinter die Linse bündig gegen die Platte A gehalten. Die Reflektion des Lichtstrahls im Spiegel sollte konzentrisch mit der Öffnung im Schirm S sein (und damit durch Folgerung (inference)

auch mit den zwei Lichtkreisen, die man wie in Stufe (4) beschrieben, sieht). Wenn das nicht der Fall ist, muss der Stab, der die Linse trägt, sehr leicht und vorsichtig in der geeigneten Richtung gebogen werden.

(6) Die Stufen (4) und (5) werden wiederholt, bis alle drei Lichtzirkel konzentrisch sind.

Zum Ausrichten des Spektrophotometerlichtstrahls ist es nötig, dass das Ausrichten der Bauteile der optischen Bank abgeschlossen ist, bevor man weiter vorgeht. Wenn dies geschehen ist, kann man wie folgt vorgehen:

(1) Die erste Stufe besteht darin, die optische Bank so auszurichten, dass sie genau senkrecht zur Platte A' in der integrierenden Kugel ist.

Alle Bauteile ausser der Lampe L werden von der Bank entfernt und die Bank annähernd senkrecht zur Platte A' angeordnet, wobei die Lampe am weitesten von der Platte A' entfernten Ende der Bank und in Richtung der Kugel angebracht ist. Unter Verwendung des Zeigers, wie in Stufe (2) beschrieben, wird ein Schirm mit einer Öffnung, z.B. mit einer Irisblende, zwischen der Lampe L und der Platte A' so angeordnet, dass die Öffnung exakt auf der Achse des Lichtstrahls von der Lampe aus liegt. Ein Planspiegel wird bündig gegen die Platte A' gehalten, und durch seitliches und/oder senkrechtes Bewegen der Bank als Ganzes werden die Bauteile so angeordnet, dass der vom Spiegel reflektierte Lichtstrahl auf den Schirm (auf der Seite, die dem Spiegel am nächsten ist) fällt, so dass er konzentrisch mit der Öffnung ist. Die Bank ist dann absolut senkrecht zur Platte A' und muss in dieser Lage gehalten werden, bis der Rest des Ausrichteverfahrens abgeschlossen ist.

Der Schirm wird von der Bank entfernt.

(2) Als nächstes ist es notwendig, einen Schirm, der auf beiden Seiten geweisst ist und eine kleine Öffnung (z.B. 5 mm im Durchmesser) aufweist, auf der optischen Bank so anzuordnen, dass die Öffnung auf die Achse der Linse des Probenhalters fällt, wenn der Halter auf der Platte A' befestigt wird.

Die Platte C wird vom Probenhalter entfernt, der Halter mit Hilfe der Platte A an die Platte A" am Ständer befestigt und der Ständer auf die optische Bank plaziert, so dass die Linse gegen die Lampe L gerichtet ist. Die Lampe wird eingeschaltet, und die Irisblende im Lampengehäuse vollständig

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geöffnet. Ein konvergenter Lichtstrahl von kreisförmigem Querschnitt kann nun hinter der Probenhalterlinse gesehen werden. Dann wird die Spitze eines Zeigers, der auf einem Waagerecht-Senkrecht-Querschlitten und parallel zur Länge der Bank aufgebracht ist, in die Position des Mittelpunkts dieses Kreises gebracht. Die waagerechten und senkrechten Koordinaten x und y dieses Punkts auf den Skalen des Querschlittens werden notiert. Dann wird erneut der Zeiger benutzt, und die waagerechten und senkrechten Koordinaten x' und y' (die im allgemeinen nahe bei aber etwas verschieden von x und y sind) des Mittelpunkts des Loches H in der Platte A gefunden werden. Nun wird der Ständer, der die Platte A" trägt, von der Bank entfernt.

Unter erneuter Verwendung des Zeigers werden die Koordinaten des Mittelpunkts des Lochs H' in der Platte A' ermittelt. Es wird angenommen, dass diese x" und y" sind. Dann wird der geweisste Schirm auf der Bank so plaziert, dass die Öffnung mit der Spitze des Zeigersets zusammenfällt, so dass die Skalen auf den horizontalen und vertikalen Traversen [x" + (x' - x)] und [y" + (y' - y)] zeigen. Da die Löcher H" und H so maschinell behandelt sind, dass sie genau konzentrisch mit dem Schirm in dieser Position sind, fällt die Öffnung auf die Achse der Probenhalterlinse, wenn der Halter durch die Platte A an die Platte A' an der Kugel fixiert wird.

(3) Als nächstes wird der Lichtstrahl im Spektrophotome-ter so ausgerichtet, dass er und die Linse im Probenhalter koaxial sind, wenn der Probenhalter in der Position an der Kugel ist.

Die Lampe und der Zeiger werden von der Bank entfernt und die Lampe L durch den Ständer, der die Platte A" trägt, ersetzt und ein Planspiegel bündig gegen die Vorderseite der Platte A" befestigt. Die Spektrophotometerlampe wird eingeschaltet und die Wellenlänge des Lichts auf etwa 550 nm (im grünen Bereich des Spektrums) eingestellt. Der Raum wird vollständig verdunkelt. Der Lichtstrahl wird nun durch die Eintrittsöffnung in die Kugel eintreten und auf den geweiss-ten Schirm an der Seite, die der Kugel am nächsten ist, fallen, um ein Bild des Lampenfadens zu bilden. Durch Einstellen der Spiegel, die den Lichtstrahl in die Kugel leiten, werden die Bauteile so angeordnet, dass dieses Bild zentral auf die Öffnung fällt. Einiges Licht fällt nun durch die Öffnung, wird durch den Spiegel auf die Platte A" reflektiert und wird zurückgerichtet, um auf den weissen Schirm auf der Seite zu fallen, die entfernt vom Spektrophotometer ist.

Das Ausrichten besteht nun darin, dass die Spiegel eingestellt werden, bis die Bilder auf den beiden Seiten des geweisssten Schirms gleichzeitig symmetrisch bezüglich der Öffnung im Schirm sind. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, ist die gewünschte Ausrichtung erreicht. Die optische Bank kann nun entfernt werden.

(4) Es wurde empirisch gefunden, dass eine kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser von 0,5 cm bei der Eintrittsöffnung der Kugel die Reproduzierbarkeit der Messungen verbessert. Der letzte Schritt der Ausrichtung ist, diese Öffnung so in Position zu bringen, dass sie auf der Achse der Probenhalterlinse und des Lichtstrahls innerhalb der Kugel liegt.

Die Bauteile L, S und A" auf der optischen Bank werden ersetzt und ihre Ausrichtung geprüft. Die Platte C wird auf der Platte B auf dem Probenhalter fixiert und der Halter mit Hilfe der Platte A an der Platte A" befestigt. Der Becher, der das Bariumsulfat und den Diamant enthält, wird durch einen kleinen (0,5 cm2) Spiegel mit versilberter Frontoberfläche ersetzt und der Spiegel normal zur Achse der Linse ausgerichtet (in der gleichen Weise, wie der Diamant ausgerichtet worden ist). Der Probenhalter wird zur Platte A' auf der Kugel überführt.

Die Platte, die die Öffnung aufweist, wird mit einem

Bariumsulfatanstrich auf der Seite versehen, die an die Kugel angrenzt. Wenn sie an der Eintrittsöffnung der Kugel so plaziert wird, dass ein Teil des Lichtstrahls in die Kugel eintritt, wird ein Lichtstrahl, der vom Spiegel mit versilberter Front reflektiert wird, als kreisförmiger Fleck nahe der Eintrittsöffnung sichtbar. Der Spiegel wird längs der Achse der Linse (unter Verwendung der Mikrometerschraube M) in Position gebracht, bis der Fleckendurchmesser grösser wird als der Durchmesser der Öffnung (wobei man durch die Austrittsöffnung des Bezugsstrahls sieht). Die Platte muss nun in eine solche Lage gebracht werden, dass die Öffnung und der kreisförmige Fleck konzentrisch werden.

Mit der aufgestellten und korrekt ausgerichteten Apparatur ist es möglich, die Farbe von Edelsteinen zu messen.

Wie oben angegeben, kommt die Lichtquelle zweckmässig von einem Spektrophotometer, dessen Hauptkomponente ein Monochromator ist, üblicherweise ein Beugungsgitter, das einen Lichtstrahl einer einzelnen Wellenlänge ergibt. Diese Wellenlänge kann kontinuierlich über einen vorbestimmten Bereich variiert werden. Für das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist der Wellenlängenbereich im sichtbaren Bereich von Interesse, d.h. von etwa 740 nm (unmittelbar darüber liegt der Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums) bis hinab zu 380 nm (darunter liegt der ultraviolette Bereich). Der monochromatische Strahl fällt auf den Edelstein in seiner Haltevorrichtung innerhalb der integrierenden Kugel. Bei jeder Wellenlänge absorbiert der Edelstein einen gewissen Anteil (in Abhängigkeit von der Farbe des Steins) des auf ihn fallenden Lichts und lässt den Rest des Lichtes durch. Eine Photozelle misst den Prozentsatz, der durchgelassen wird, als eine Funktion der Wellenlänge und ergibt so ein Transmissionsspektrum. Das Spektrum eines typischen, recht gelben Cape-Series-Steins ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die Wellenlänge in Nanometer längs der Abszisse und die prozentuale Transmission längs der Ordinate aufgetragen ist. In dem Beckman-Spektrophotometer ist der Lichtstrahl, der vom Monochromator kommt, durch ein Schlitzsystem limitiert, nach dem er durch drei unabhängig voneinander justierbare Spiegel in die Kugel geleitet wird.

Der Ausgang aus dem Spektrophotometer kann bildmäs-sig durch einen Bandschreiber dargestellt werden, obwohl dies nicht wesentlich ist. Es ist jedoch insofern nützlich, als damit ein geschultes Auge auf einen Blick prüfen kann, ob der untersuchte Stein ein ungewöhnliches Merkmal aufweist. Die Ausgangsgrösse des Spektrophotometers muss jedoch numerisch aufgezeichnet werden. Aufgrund der grossen Anzahl von Rechnungen, die sich durch die Gleichung (2) ergeben und die zu den Tristimulus-Werten X, Y und Z führen, ist es praktisch, dies mit Hilfe eines Computers durchzuführen. Üblicherweise ist der Computer so programmiert,

dass er die Normfarbwertanteile direkt von einer Bandcas-sette, von der sie in den Computerspeicher eingetragen werden, berechnet. Dieses Programm wird in einer solchen Weise aufgezeichnet, dass die erste Aktion des Computers bei Druck auf den Einschaltknopf darin besteht, die Standardfunktionen S(l)x(X)ÀA., S(Â)y(X)A~A und S(Â)z(À)ÀÂ. z.B. für die C.I.E.-Lichtarten «C» und für ein Wellenlängenintervall AX von 1 nm und die Messungen des spektralen Reflexionsgrades W(A.) einer weissen Standardprobe von optisch reinem Magnesiumoxid (gemessen und vor jeder Messung der Steine gespeichert) in seinen Speicher zu geben. Der Computer hat in seinem Speicher auch die Funktionen für die Bestimmung der Normfarbwertanteile gespeichert. Ein Hewlett-Packard 9825 A Tisch-Computer hat sich als besonders geeignet erwiesen. Die C.I.E.-Lichtart C wurde gewählt, da sie dem Licht, das traditionell für das sichtbare Einstufen verwendet wird, nahekommt, jedoch können natürlich andere Lichtarten ver5

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wendet werden, da die geeigneten Werte der Standardfunktionen für diese ebenfalls bekannt sind.

Um die Farbe des Steins zu messen, ist es praktisch, den Wellenlängenabtaster des Spektrophotometers auf ein Ende des sichtbaren Wellenlängenbereichs, z.B. 740 nm, zu setzen. Das Abtasten der Wellenlänge wird dann gestartet, indem der Knopf «Start» auf dem Spektrophotometer betätigt wird.

Dies betätigt das automatische Abtasten der Wellenlänge von 740 nm bis hinab zu 380 nm. In Abständen von 1 nm, beginnend bei 740 nm und endend bei 380 nm, liest der Computer automatisch eine prozentuale Transmission T'(A.) ab. Jedes T'(Â) wird durch Multiplikation mit dem Faktor 100/W(X) korrigiert, um T(/,) zu ergeben. Die T(/.) sind dann die prozentualen Transmissionsgrade relativ zum Reflexionsgrad der Standard weiss-Probe, die als 100% festgesetzt-wird. Bei jedem X werden die T(Â)-Werte mit jedem der Werte S(À)x(Â) AÂ, S(X)y(X) AX und S(az(â)A/„ der Reihe nach multipliziert, und am Ende des Abtastvorgangs werden die Additionen, die durch die Gleichungen 2 gegeben werden, sofort evaluiert, worauf man die Werte X, Y und Z erhält. Die Normfarbwertanteile x, y und z werden aus den Gleichungen 3 ebenfalls berechnet. Der Computer druckt dann die Werte für X, Y, Z, x, y und z aus. Mit den speziellen Instrumenten dauert das Abtasten von 740 nm hinab zu 380 nm etwa 18,5 Minuten, und wenn einmal die optische Bank ausgerichtet ist, kann der ganze Vorgang von der Befestigung der Probe bis zum Erhalt eines Farbindexes in 'à Stunde und weniger erfolgen. Wenn ein gewisser Grad an Genauigkeit geopfert wird (was im allgemeinen akzeptabel ist), können die Instrumente so beschleunigt werden, dass ein komplettes Abtasten in etwa 4 Minuten durchgeführt werden kann. Natürlich sollte für genau vergleichbare Resultate für alle Steine dieselbe Geschwindigkeit verwendet werden.

Um gute Reproduzierbarkeit zu erhalten, müssen gewisse Vorsichtsmassnahmen getroffen werden. Zum Beispiel bleibt der Spektrophotometer vorzugsweise permanent eingeschaltet, um eine elektronische Stabilität aufrechtzuerhalten. Zweitens arbeitet man vorzugsweise bei konstanter Temperatur, z.B. indem man einen mit einem Thermostaten kontrollierten Raum verwendet, da die thermische Ausdehnung und Zusammenziehung die Metallkomponenten beeinflussen, auf denen die Spiegel zum Ausrichten des Lichtstrahls montiert sind. Ebenso sollte bei Verwendung eines Doppelstrahlinstrumentes wie-z.B. eines Beckman-Spektrophotometers, der Lichtstrahl mechanisch «zerhackt» (chopped) werden, um eine phasenempfindliche Detektion zu ermöglichen. Der Lichtstrahl fällt deshalb in der einen Hälfte eines Zyklus auf die Probe und in der anderen Hälfte des Zyklus auf eine weisse Bezugsprobe, z.B. auf eine gepresste Magnesiumoxidfläche. Da jedoch die Qualität des optisch reinen Magnesiumoxids ziemlich rasch abnimmt, wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird, sollte jeden Tag eine frische Magnesiumoxidoberfläche hergestellt werden. Diese Herstellung ist schnell und einfach.

Wenn eine geeignete Laserquelle verfügbar ist, sind die Ausrichtungs- und Anordnungsmassnahmen und auch die Messungen sehr viel einfacher. So braucht man keine Linse, um den Lichtstrahl auf den Edelstein zu konzentrieren, und weiter sollte man in der Regel ohne die separate optische Bank und die Spektrophotometer-Anordnungen auskommen. Das Ausrichten des Diamanten und die Messung seiner Farb-indices kann dann in einer Apparatur ausgeführt werden, wobei sich der Laser am einen Ende und der Edelstein in der integrierenden Kugel am anderen Ende befinden.

Verschiedene Beispiele wurden durchgeführt, um die Durchführbarkeit und Genauigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens zu erläutern.

Beispiel 1

Ein Set von 7 visuell in der Reihenfolge der steigenden Gelbfärbung eingestuften Steine, die mit 1A bis 7A bezeichnet waren, und ein anderer Satz von 5 visuell eingestuften Steinen, die mit 1B bis 5B bezeichnet waren, wurden zur Verfügung gestellt. Die gemessenen Normfarbwertanteile ausgedrückt in C.I.E.-Lichtart sind tabellarisch in Tabellen 1 und 2 und graphisch für einen Überblick in Fig. 5, die einen Teil des C.I.E.-xy-Farbtondiagramms darstellt, angegeben. Vier Messungen wurden für jeden Stein durchgeführt, wobei der Diamant zwischen jeder Messung 90° um seine Achse gedreht wurde. Die Tabellen enthalten auch die mittleren Werte der x- und y-Normfarbwertanteile, wobei die dominierende Wellenlänge für jeden Stein aus den Mittelwerten berechnet wurde. Die folgenden Punkte treten hervor:

(1) Es ist schwierig, die Farben der Steine zu beschreiben, um jedoch eine Vorstellung von der Feinheit der in Frage stehenden Unterschiede zu geben, sei darauf hingewiesen, dass das ungeschulte Auge nicht zwischen 1B und 3B unterscheiden kann, (wobei man den Unterschied zwischen 1B und 2B beiseite lässt) und nur mit Schwierigkeit zwischen einem Farbunterschied zwischen 1B und 4B unterscheiden kann. Weiterhin macht es ein Vergleich der Skalen von Fig. 1 und 5 klar, dass die gemessenen Farben einen nur sehr geringen Berich des C.I.E.-xy-Farbraums ausfüllen.

(2) Die vier abgelesenen Messungen für jeden einzelnen Stein werden zusammen gruppiert unter Berücksichtigung der Streuung, die vom einzelnen Stein abhängt. Es wird angenommen, dass die Grösse der Streuung von den feinen Details des Schliffs abhängt, die zu geringen Weglängeunterschieden für das Licht innerhalb des Steins führen, wenn dieser um seine Achse zu verschiedenen Positionen gedreht wird. Der Grund für diese Annahme ist, dass für jeden einzelnen Stein derselbe Trend in den Werten der Normfarbwertanteile bei wiederholter Drehung des Steins um ganze 360° offensichtlich wird. Die Unterschiede im Schliff sind jedoch im allgemeinen von Stein zu Stein so gering, dass es selbst bei genauer Prüfung vor der Messung nicht möglich ist, das Aus-mass der Streuung für jeden einzelnen Stein vorauszusagen.

(3) Es ist klar, dass die B-Proben eine ausgezeichnete Standard-Farbprobe bilden. Die einzelnen Steine sind bezüglich ihrer xy-Koordinaten gut voneinander getrennt, und die Grösse der Streuung für jeden einzelnen Stein ist sehr viel geringer als die Abstände, die die Glieder des Satzes trennen. Aus der Graphik wird klar, dass man instrumenteil Steine, die zwischen die B-Grade fallen, leicht unterscheiden könnte,

falls erwünscht. Tatsächlich könnte man leicht einen und möglicherweise sogar zwei unterschiedliche Grade zwischen den vorhandenen unterscheiden.

(4) Der A-Satz von Steinen ist viel weniger gut abgestuft. Die Steine, die als 1A und 2A eingestuft sind, lassen sich kaum mit Instrumenten unterscheiden, und dasselbe gilt für die Steine 4A und 5A bzw. 6A und 7A. Die Nichtunterscheid-barkeit wird durch Versuche mit visueller Farbabschätzung wiedergegeben, die in Tabelle 3 gezeigt wird. Sie zeigt einen Satz von Steinen, der nach steigender Gelbfärbung instrumenteil bestimmt worden ist und die Widersprüche zwischen visueller Farbabschätzung wiedergegeben, die in Tabelle 3 gezeigt wird. Sie zeigt einen Satz von Steinen, der nach steigender Gelbfärbung instrumentell bestimmt worden ist und die Widersprüche zwischen visueller Einteilung, die durch drei verschiedene, erfahrene Farbeinteiler vorgenommen worden sind.

(5) Die Gerade in Fig. 5 ist die beste Gerade, die durch alle Punkte gezgoen werden kann, die Steine von reiner Cape-Series-Farbe darstellen. Die Gerade wurde durch eine lineare Regression der kleinsten Quadrate gefunden. Diese Linie würde, wenn sie verlängert würde, den Spektralfarbenzug bei

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571,3 nm schneiden. Ein Blick auf die Tabellen zeigt, dass die dominierenden Wellenlängen, die für jeden einzelnen Stein berechnet sind, sehr gut mit diesem Wert von 571,3 nm für die dominierende Wellenlänge übereinstimmen. (Die dominierenden Wellenlängen, die für Steine berechnet sind, die nahe dem Unbuntpunkt («white point») liegen, z.B. die von Steinen bis zu und einschl. 2B, sollten mit Vorsicht behandelt werden, da in diesem Bereich kleine Ungenauigkeiten in der Messung der Normfarbwertanteile grosse Unterschiede in den dominierenden Wellenlängen ergeben).

(6) Wenn die Messungen der Normfarbwertanteile nach dem Abmontieren und Wiedermontieren der Steine durchgeführt werden und wenn die Messungen an demselben Stein zu verschiedenen Zeiten vorgenommen werden, treten keine wahrnehmbaren Unterschiede auf.

Beispiel 2

3 Steine mit Fehlfarbentönungen (off-colour tints) wurden untersucht. Zwei dieser Steine haben verschiedene Grade von «Cape Series»-Gelbfärbung in Kombination mit einer sehr geringen, für das ungeübte Auge nicht wahrnehmbaren Braunfärbung. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargelegt und auch in Fig. 5 aufgetragen. Es is tklar, dass ein Merkmal solcher Steine darin besteht, dass sie «ausserhalb der Serie» (off the line), die durch reine Cape-Series-Steine repräsentiert wird, liegen und tatsächlich eine kleine aber bestimmte Verschiebung in der dominierenden Wellenlänge (die für beide Steine 573,5 nm beträgt) gegen den orangen Bereich des Spektrums zeigen.

Der dritte Stein, der in der Tabelle 4 mit W2/MAUVE bezeichnet wird und ebenfalls in Fig. 5 aufgetragen ist, ist von besonderem Interesse. Dieser Stein war als einer mit sehr guter Farbe vorgelegt worden, der ungefähr vergleichbar mit 1B oder lAist. Bei Durchführung eines Spektrums und Berechnung der Normfarbwertanteile für diesen Stein stellte sich heraus, dass der Diamant nicht ein wirkliches Mitglied der Cape Series war, weil die Normfarbwertanteile eine, obgleich sehr schwache, malvenfarbige oder lila Farbe (bezogen auf das Farbtondiagramm), angaben. Dieser Stein wurde dann erneut Personen zur visuellen Einteilung übergeben, um ihn neu einzustufen. Nach sorgfältiger Neubewertung und ohne Beeinflussung bestätigten diese Personen, dass der Stein eine schwache lila Farbtönung aufwies (drew a faint lilac tint).

Dieses Beispiel zeigt, dass das erfindungsgemässe Verfahren nicht nur zum Einschätzen der kommerziell wichtigen Cape-Series-Gelbfärbung, sondern auch (sowohl qualitativ als auch quantitativ) zum Einschätzen von schwachen abweichenden Farbtönen verwendet werden kann.

Beispiel 3

Um festzustellen, ob das erfindungsgemässe Verfahren unabhängig von der Steingrösse ist, wurden zwei Sätze von 5 Diamanten mit Brillantschliff zwei verschiedener Cape-Series-Farbtönungen gemessen, deren Steine in der Grösse so unterschiedlich wie möglich innerhalb jedes Farbgrades war. Die Ergebnisse der Messungen dieser Sätze sind in Tabelle 5 und in Fig. 6 dargelegt, wobei die Fig. 6 wiederum ein Teil des C.I.E. xy-Farbtondiagramms ist. Die Grössenverteilung für die Gruppe der besseren (d.h. weisseren) Färbung geht von 1,18 Karat hinab bis zu 0,20 Karat, während die der gelberen Serie von 1,23 Karat bis zu 0,25 Karat geht. Es ist aus Fig. 6 ersichtlich, dass die Steine derselben Farbe, visuell beurteilt, jedoch von verschiedener Grösse, zusammen eine Gruppe in dem xy-Farbbereich ergeben. Es zeigt sich somit, dass wenigstens für Steine im Bereich von 0,20 bis 1,256 Karat die oben erläuterte Vorrichtung die Farbe unabhängig von der Grösse des Steines misst. Es sind jedoch noch zwei weitere Punkte festzustellen:

(1) In der Gruppe, die eine bessere Färbung zeigt, ist die Anhäufung weniger stark als in der gelberen Gruppe. Wahrscheinlich liegt die Erklärung dafür darin, dass das visuelle Angleichen der Farben mit fallender Sättigung der Farbtönung immer schwieriger wird.

(2) Der kleinste Stein in der Kategorie der besseren Farben (0,20 Karat) zeigt eine aussergewöhnlich grosse Streuung bei der Drehung des Steins relativ zu der Streuung für andere Mitglieder dieser Gruppe. Es scheint so, als ob das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung weniger zuverlässig wird, wenn die Steingrösse weiter reduziert wird.

Beispiel 4

Alle geprüften Diamanten lumineszieren in einem grösseren oder geringeren Ausmass bei Anregung durch Strahlung von einer ultravioletten Lampe. Die meisten zeigen nur die blaue N3-Lumineszenz (blue N3 luminescence, siehe Collins, «Industriai Diamond Review», April 1974, S. 131), jedoch zeigten einige auch eine Mischung von gelblicher oder blass-rosa Lumineszenz. Da im Tageslicht eine Ultraviolettkomponente vorhanden ist, die einen gewissen Grad von Lumineszenz hervorruft und da das erfindungsgemässe Verfahren der Wirkung einer möglichen Lumineszenz auf das Auge nicht Rechnung trägt, kann das Verfahren zu Unterschieden zwischen maschineller und visueller Farbeinteilung führen. Es wird jedoch angenommen, dass die Wirkung der ultravioletten Komponente im Tageslicht bei der Verursachung von Lumineszenz nahezu in allen Fällen vernachlässigbar ist. Dies ist so, weil die meisten auf Lumineszenz untersuchten Steine klassifiziert worden sind, indem man ihnen eine Zahl zuordnete, die als Mass der relativen Stärke der Lumineszenz unter einer ultravioletten Lampe dient. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Keine systematischen Abweichungen zwischen maschineller und visueller Einteilung, die in Abhängigkeit von parallelen Variationen in der Stärke der Lumineszenz erklärt werden können, wurden beobachtet. Daher wird angenommen, dass die maschinelle Klassifizierung der visuellen Klassifizierung in der Mehrzahl der Fälle gleichwertig und zu ihr parallel ist. Es ist jedoch festzuhalten, dass Lumineszenz zu anormalen Resultaten führen könnte, wenn sie aussergewöhnlich stark ist. Das könnte bei solchen Steinen der Fall sein, die in die Kategorie «Overblue» fallen, d.h. eine übermässige Lumineszenz bei ultravioletter Anregung zeigen, die zu einem fluoreszierenden Aussehen der Steine selbst bei Tageslicht führen. In jedem Fall ist es eine einfache Sache, einen Stein vor der Farbmessung auf übermässige Lumineszenz hin zu prüfen und so auf mögliche Anormalitäten vorbereitet zu sein.

Es sei festgehalten, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung, obwohl die Beispiele und Diskussion insbesondere auf Diamanten mit Brillantschliff gerichtet war, auch auf Diamanten von anderem Schliff, z.B. Diamanten mit ovalem Brillantschliff und Marquise (Edelsteine in lanzettförmiger Fassung) als auch andere (im wesentlichen transparente) Edelsteine wie z.B. Smaragde angewendet werden können, vorausgesetzt, die Steine besitzen eine Symmetrieachse normal zur Tafel des Steins. Ähnliche Ausführungen gelten für die Farben; die Aufmerksamkeit wurde besonders auf die gelblichen Farben gerichtet, obwohl auch einige Tests mit abweichenden Farbtönungen, wie z.B. einer bräunlichen Tönung und einer lila Tönung durchgeführt wurden. Es liegt kein Grund vor, dass das Verfahren gemäss der Erfindung nicht auch auf andere gefärbte Steine und Steine mit anderen Farbtönungen anwendbar sein sollte.

Mit Hilfe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können neue, objektive Sätze von Qualitätsgraden geschaffen

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werden, wobei jeder Qualitätsgrad einem bestimmten Bereich von Werten für die xy-Koordinaten entspricht. Wie Beispiel 1 zeigt, könnten solche Sätze feiner abgestufte Qualitätsgrade als die existierenden Sätze umfassen. Das Einstufen in Qualitätsgrade kann zusätzlich zur Genauigkeit und Objektivität spezifischer sein als bisher.

Das Verfahren kann verwendet werden, um einen ausgewählten Satz von Steinen zu erhalten die in Güteklassen bezüglich ihrer Normfarbwertanteile eingeteilt sind. Dieses Set könnte als ein Standard verwendet werden, gegenüber dem andere Steine, z.B. mit dem blossen Auge, bestimmt werden könnten.

Tabelle 1 Daten für die «A»-Farbproben

Probe gemessenes gemessenes mittl.

mittl.

Masse

X

y

X

y

Karat (nm)

1A

0.30996 0,31007 0.31010 0.31005

0.31625 0.31639 0.31643 0.31631

0.31005

0.31635

0.95 -

2A

0.31039 0.31030 0.31031 0.31044

0.31659 0.31656 0.31661 0.31669

0.31036

0.31661

0.96 572.2

3A

0.31171 0.31194 0.31182 0.31158

0.31879 0.31901 0.31895 0.31866

0.31176

0.31885

0.82 571.6

4A

0.31301 0.31264 0.31291 0.31301

0.32087 0.32069 0.32082 0.32081

0.31294

0.32080

0.81 571.3

5A

0.31331 0.31313 0.31317 0.31303

0.32123 0.32104 0.32096 0.32105

0.31316

0.32107

0.87 571.5

6A

0.31450 0.31456 0.31458 0.31447

0.32343 0.32336 0.32330 0.32325

0.31453

0.32334

0.95 571.3

7A

0.31482 0.31467 0.31441 0.31477

0.32347 0.32336 0.32324 0.32348

0.31467

0.32335

0.80 571.7

Tabelle 2

Daten für die «B»-Farbproben

Probe gemessenes gemessenes mittl.

mittl.

Masse Up

X

y

X

y

Karat (nm)

1B

0.31024 0.31019 0.31030 0.31028

0.31652 0.31656 0.31653 0.31652

0.31025

0.31653

0.28 568.9

2B

0.31097 0.31097 0.31126 0.31103

0.31798 0.31800 0.31822 0.31809

0.31106

0.31807

0.28 569.4

3B

0.31268 0.31269

0.32049 0.32047

0.31268

0.32045

0.29 571.1

0.31264 0.32036 0.31270 0.32046

Probe gemessenes gemessenes mittl.

mittl.

Masse XD

X

y

X

y

Karat (nm)

4B 0.31465

0.32353

0.31463

0.32356

0.23 571.2

0.31461

0.32362

0.31458

0.32342

0.31468

0.32363

5B 0.31623

0.32623

0.31649

0.32650

0.25 571.1

0.31630

0.32654

0.31662

0.32671

0.31640

0.32652

Tabelle 3

Einordnen der «A» und «B» eingestuften Farbproben maschinell und durch drei verschiedene Personen, die eine visuelle Einteilung vornehmen

Probe maschi- vis. Ein- vis. Ein- vis. Ein- vis. Ein-nell teiler 1 teiler 2 teiler 3 teiler 3

1. Versuch 2. Versuch

1A

1

1

1

1

2

1B

2

3

3

3

3

2A

3

2

2

2

1

2B

4

4

4

4

5

3A

5

5

5

4

4

3B

6

6

7

6

6

4A

7

7

6

7

7

5A

8

8

8

8

8

6A

9

9

10

9

10

7A

9

11

11

11

11

4B

9

10

9

9

9

5B

12

12

12

12

12

Tabelle 4

Daten für Diamanten mit abweichenden Färbungen

Probe gemessenes gemessenes mittl. mittl. Masse /-n(nm) x y x y Karat

DE

0.31783

0.32681

0.31770

0.32656

0.76

573.5

Beers

0.31761

0.32638

Yl/

0.31744

0.32607

brown

0.31792

0.32696

DE

0.31410

0.32157

0.31409

0.32163

0.81

573.5

Beers

0.31388

0.32145

T4/

0.31412

0.32168

brown

0.31427

0.32181

DE

0.30933

0.31426

0.30952

0.31456

0.26

-

Beers

0.30955

0.31456

W2/

0.30961

0.31463

mauve

0.30960

0.31479

Tabelle 5

Daten für zwei Sätze, die farblich angeglichen sind

Proben gemessenes gemessenes mittl. mittl. Masse x y x y Karat

(et)

Set 1

0.31222

0.31906

0.31184

0.31873

0.20

(0.20 et)

0.31194

0.31881

0.31159

0.31847

0.31159

0.31858

Set 1

0.31160

0.31834

0.31156

0.31832

0.31

(0.31 et)

0.31158

0.31842

0.31144

0.31830

0.31161

0.31823

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

o5

11

644 452

Proben gemessenes gemessenes mittl.

mittl.

Masse

X

y

X

y

Karat

(et)

Set 1

0.31108

0.31772

0.31106

0.31769

0.63

5

(0.63 et)

0.31103

0.31766

0.31110

0.31770

0.31104

0.31768

Set 1

0.31157

0.31837

0.31140

0.31823

0.85

(0.85 et)

0.31130

0.31809

10

0.31129

0.31809

0.31142

0.31835

Set 1

0.31144

0.31835

0.31137

0.31829

1.18

(1.18 et)

0.31140

0.31832

0.31131

0.31822

15

0.31132

0.31828

Set 2

0.31302

0.32126

0.31309

0.32134

0.25

(0.25 et)

0.31320

0.32142

0.31305

0.32134

0.31308

0.32135

20

Set 2

0.31286

0.32126

0.31301

0.32145

0.32

(0.32 et)

0.31304

0.32151

0.31326

0.32177

0.31287

0.32124

Set 2

0.31284

0.32162

0.31286

0.32166

0.50

25

(0.50 et)

0.31305

0.32189

0.31288

0.32173

0.31267

0.32140

Set 2

0.31349

0.32172

0.31347

0.32168

0.75

(0.75 et)

0.31343

0.32164

30

0.31353

0.32172

0.31343

0.32165

Set 2

0.31329

0.32176

0.31331

0.32173

1.25

(1.25 et)

0.31331

0.32172

0.31331

0.32173

35

0.31332

0.32171

Tabelle 6

Relative Lumineszenzen von Diamanten

Probe

Relative Stärke der Lumineszenz

Farbe der Lumineszenz

1B

1

blau

2B

4

blau

3B

8

blau

4B

6

blau

5B

10

blau

1A

2

blau

2A

4

blau

3A

2

gelb

4A

4

blau

5A

2

gelb

6A

2

blau +

Gelbtönung

7A

2

blau +

Gelbtönung

Set 1 (0.20 et)

1

blau +

Rosatönung

Set 1 (0.31 et)

6

blau

Set 1 (0.63 et)

2

blau

Set 1 (0.85 et)

2

blau

Set 1 (1.18 et)

1

blau +

Gelbtönung

Set 2 (0.25 et)

2

blau

Set 2 (0.32 et)

8

blau

Set 2 (0.50 et)

4

blau

Set 2 (0.75 et)

2

blau +

Rosatönung

Set 2 (1.23 et)

6

blau

G

6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

644 452

1. Verfahren zur Bestimmung der Farbe eines Edelsteins, dadurch gekennzeichnet, dass man die Tafel des Edelsteins normal zur Achse des Lichts, das aus einer Quelle projiziert wird, ausrichtet, die Lichtachse kolinear zu einer Symmetrieachse des Edelsteins, die normal zu der Tafel ist, ausrichtet, das Licht einer gegebenen einzelnen Wellenlänge auf den Edelstein projiziert und den Anteil des einfallenden Lichts, das durch den Edelstein durchgelassen wird, misst, diese Messung für verschiedene Wellenlängen des Lichts über den Bereich der sichtbaren Wellenlängen wiederholt, um ein Transmissionsspektrum zu erhalten und die Normfarbwertanteile daraus berechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstein ein Diamant ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstein ein Diamant mit Brillantschliff ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstein in einen weissen Stan-dardfeststoff bis zu seiner Fassungskante eingebettet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weisse Standardfeststoff Bariumsulfat oder Magnesiumoxid ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das Transmissionsspektrum durch die Messung für wenigstens 10 verschiedene Wellenlängen erhält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bestimmung in 1-nm-Interval-len durch den sichtbaren Wellenlängenbereich durchführt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den ausgerichteten Edelstein in eine integrierende Kugel einbringt, bevor man das Licht einer gegebenen einzelnen Wellenlänge auf ihn projiziert.