Статьи
Геммологические и специализированные микроскопы для ювелиров
Геммологические микроскопы
Если верить "Словарю Фольклора, Мифологии и Легенд" Марии Лич и Джерома Фрейда, упоминания о драгоценных камнях, методиках их обработки и описание их сверхъестественных свойствах присутствовали даже на табличках с клинописью древних шумеров, более 3000 лет до н.э. Обработка камней напрямую связанна с такими профессиями как резчики по камню и кузнецы, так как именно они работали с драгоценными и полудрагоценными камнями и с различными металлами. И с помощью технического прогресса, и в частности, передовых решений в конструировании оптики, были созданы многие специализированные инструменты для ювелиров и геммологов.
Геммологические микроскопы прошли долгий путь эволюции от латунных микроскопов конца 19 века до современных стереомикроскопов, которые по большей части используют тёмнопольное освещение
|
| Геммологический микроскоп из латуни. 19 век. Источник – , 2015 |
Саму тёмнопольную микроскопию в своих работах впервые применил Рихард Адольф Зигмонди (Richard Adolf Zsigmondy) в 1903 году в своем приборе – ультрамикроскопе.
|
|
Рихард Адольф Зигмонди и ультраскоп, разработанный совместно с Генри Фридрихом Зидентопфом. Zeiss AG,1903 год. Источник – Fact Sheets of Hungary/Ministry of Foreign Affairs |
Уже в 1939 году тёмное поле стало стандартом освещения в геммологии, который сохранился и до нашего времени. И хотя некоторые улучшения в конструировании оптических элементов и приборов, улучшения эргономики, имели место быть, по большей части, геммологические микроскопы за последние несколько десятков лет сильно не изменились.
Темнопольная микроскопия в ювелирном и геммологическом деле напрямую связанна с таким именем как Роберт М. Шипли Мл. (Robert M. Shipley Jr.) – человеком, который навсегда изменил работу ювелиров и геммологов во всем мире.То оборудование, которое он спроектировал, позволило применить точнейшие стандарты в индустрии. Роберт Шипли довольно быстро осознал преимущества тёмнопольного освещения при осмотре камней. Это натолкнуло его на идею совмещения стереомикроскопа с малым увеличением, и темнопольного осветителя.
|
| Роберт Шипли Мл. Источник – , 2013 |
Первым запатентованным в 1938 году устройством Роберта Шипли был DiamondScope®. Вдохновленный работами Эдвина Герберта Лэнда (Edwin Land) в компании “Полароид”, и совместно с французским слесарем-инструментальщиком Раулем Франкуэ (Raoul Francouer), Роберт разработал первый полярископ, специально предназначенный для геммологии. Со временем он так же усовершенствовал рефрактометр, алмазный колориметр, устройство Pearloscope® (специальное устройство для оценки жемчуга), разработал универсальный подвижно-погружной столик (Universal Motion Immersion Stage – специальный столик, который позволяет погружать образец в жидкость с сохранением возможности вращения образца) и сконструировал специальный геммологический микроскоп Mark III GemoLite®.
|
|
Изображение в оригинальном патенте № 2,157,437 от 9 мая 1939 года, выданном Роберту Шипли Мл. поясняющее принцип работы темнопольного осветителя в микроскопе для геммолога. На изображении чётко виден источник света (6),параболический отражатель, состоящий из двух частей (5,13) и специальная вставка (24) состоящая из нескольких частей, так же являющейся черным фоном для камня. Источник - |
2. Современные методики освещения
Большинство современных геммологов используют несколько различных техник освещения. Основная сложность состоит в том, чтобы подобрать нужную технику под конкретную задачу.
|
|
Вкрапление киноваря в барите. Тёмное поле (слева) и в светлое поле(справа). Поле зрения – 2.88 мм. Фото - |
Тёмнопольное освещение
Тёмнопольное освещение является, наверное, самым известным типом освещения для наблюдения различных кристаллов и камней . Именно поэтому, большинство геммологических микроскопов укомплектованы тёмнопольными осветителями. Данный тип освещения позволяет выявить все включения в камне на контрастном чёрном фоне. Так же, данное освещение выявляет пылинки, и царапины на объекте что может сильно бросаться в глаза на некоторых образцах
Светлопольное освещение
Светлопольное или просвечивающее освещение - это техника освещения, при которой образец помещается между объективом и ярким источником света. Данный тип освещения крайне полезен для обзора цветных образцов. Так же, этот тип освещения частично маскирует пыль. Но некоторые детали чрезмерно тёмных или прозрачных образцов могу остаться незамеченными. Светлопольное освещение можно использовать вместе с диффузными (матированными) пластинами, если прямое освещение создаёт яркие, чрезмерно освещённые области, называемые “горячими пятнами”.
Рассеянный свет крайне полезен при оценке поверхности образцов и для выявления отличий в блеске двух разнородных материалов. Данный тип освещения подходит для выявления различных покрытий, так как они часто обладают большим блеском, чем материал, на который они нанесены.
Освещение с помощью оптоволоконных или светодиодных осветителей
Оптоволоконное освещение является наиболее недооцененной из методик освещения. В тоже время, этот же тип освещения является и одним из самых полезных. Довольно часто кристаллографически-ориентированные включения могут скрываться от взгляда до тех пор, пока на них не будет направлен прямой источник света. При использовании оптоволоконного или светодиодного осветителя на гибком основании, возможно с лёгкостью выявить подобного рода включения, и, например, некие радужные оттенки, которые нельзя увидеть другими способами.
|
| Оптоволоконный осветитель на современном микроскопе. Источник – , 2015. |
|
| При просмотре в светлом поле с небольшим затенением, этот скол кажется обычным. Но при просмотре с помощью оптоволоконного осветителя, выявляются неожиданные оптические эффекты, называемые иризацией. Поле зрения 2.96 мм. Фото: |
3. Цифровая фотография и пост-обработка в современной геммологии и ювелирном деле
Цифровая фотография так же играет значительную роль в работе специалиста-геммолога или ювелира. В то время как большое количество программного обеспечения позволяет скорректировать и изменить изображение до такой степени, что результат будет значительно отличаться от исходной фотографии, основная цель геммологической фотомикрографии это документирование включений максимально реалистично. Поэтому изменения изображений в данном аспекте не рекомендуется.
Программные улучшения, которые позволяют передать объект на изображении максимально естественно являются крайне полезным инструментом. Можно выделить два наиболее важных инструмента для пост-обработки: EDF(Extended Depth of Field) и HDR (High Dynamic Range)
EDF (Extended Depth of Field) представляет собой метод съемки. при котором получают серию изображений на различной фокальной плоскости, затем, объединяют их в одну фотографию, позволяя получить невероятную резкость, которую невозможно получить с помощью одного изображения. Это крайне важный инструмент при фотомикрографии при больших увеличениях, так как глубина фокуса значительно снижается при большем увеличении.
|
| Этот хальцедон содержит группы гематитов и гётитов в широком диапазоне глубины фокуса. Для того чтобы получить крайне правое изображение, было совмещено около 40 изображений с различной глубиной резкости (левый и центральные снимки).Поле зрения – 8.70 мм. Фото: |
Крайне важной особенностью при работе по данной методике является соблюдение значения изменения фокальной плоскости для всех снимков в серии, от первого до последнего. Поэтому если на вашем микроскопе нет точной подстройки фокуса, либо же вы хотите достичь большей точности, рекомендуется использовать специальные устройства в виде цифровых индикаторов.
|
|
Метрический цифровой индикатор глубины компании Pittsburgh (США), позволяющий измерять интервалы в фокусировке с точностью до 2.5 микрон. Источник – , 2015 |
|
|
Эти жидкостно-наполненные кристаллы в кварце были сфотографированы с использованием технологии EDF для получения изображения с резким фокусом. Крайний левый снимок демонстрирует фокус на переднем плане, в то время как фон, остаётся размытым. Средний снимок демонстрирует фокус на заднем плане. На снимке справа, было совмещено примерно 30 снимков, что в итоге позволило получить изображение с фокусом включений по всему полю зрения. Поле зрения 6.55 мм. Фото:
|
HDR является другим крайне полезным инструментом. В цифровой фотографии отражения от граней и включений могут создавать ситуации, когда некоторые области снимка выходят за динамический диапазон сенсора камеры. Другими словами, различия между самыми светлыми и самыми тёмными областями в поле зрения, выходят за пределы, которые может фиксировать сенсор камеры
Техника HDR позволяет исправить чрезмерно тёмные или светлые области на снимке в тех условиях, когда регулирование освещения будет влиять на детализацию изображения. Аналогично технологии EDF, оператор должен сделать несколько снимков, которые после этого будут совмещены в один. Отличие в том, что вместо различных фокальных плоскостей, корректируется время экспозиции (выдержка). Детали, различимые при разных экспозициях, совмещаются в один снимок, тем самым, повышая уровень возможной детализации до степени, которой нельзя получить снимком с фиксированным значением экспозиции. В некоторых случаях эта техника довольно эффективно воспроизводит то, что видит геммолог своими глазами, наблюдая камень под микроскопом. Человеческий мозг и человеческий глаз не испытывают недостатка динамического диапазона, как, например цифровая камера, и именно поэтому, использование технологии HDR позволяет приблизить отображение снимка к тому, которое видит человек.
|
| Эти круглые включения, напоминающие цветы и состоящие из оксида магния в Эфиопском опале, обладают черезмерной контрастностью для сенсора камеры. Крайнее левое изображение является неэкспонированным, поэтому видна некоторая потеря деталей. Центральный снимок был переэкспонирован, для того чтобы выявить больше деталей в темных элементах снимка, но это все вылилось в потерю детализации в светлых областях. Эти два, различных снимка были объеденины в один, который демонстрирует детализацию недостижимую при снимке с фиксированным параметром экспозиции. Поле зрения - 2.47 мм. Фото: |
Существуют так же и другие инструменты пост-обработки цифрового изображения, которые помогут фотографу максимально точно подстроить изображение. Иногда некоторые настройки изображения можно улучшить. В отличии от плёночной фотографии, цифровая фотография позволяет настроить яркость, контраст и цвет без повторной фотографии или сделать несколько снимков с различными экспозиционными параметрами для того, чтобы выбрать из них лучший. Некоторые программные пакеты так же предоставляют инструменты, которые позволяют избавиться от ненужных артефактов на фотографии, например от пыли как на самом объекте, так и на сенсоре камеры.
|
| Пыль (верхний левый снимок, поле зрения 6.95 мм) на поверхности хальцедона с месторождения в Турции. Карбонатные вкрапления на камне демонстрируют довольно интересную картину. Программное обеспечение для редактирования изображение (в данном случае – Adobe Photoshop) позволило удалить эти точки пыли, и другие нежелательные артефакты (верхний правый снимок). При увеличении фрагмента снимка, на котором раньше была пыль, разница до и после обработки видна невооружённым взглядом. Фото: |
4. Размер образца
Одним из важнейших факторов в фотомикрографии является размер объекта. На текущий момент есть несколько способов для информирования об этом: указание увеличения, используемого при съемке фотографии с определенным форматом (размер сенсора камеры), нанесение шкалы на изображение, или указание поля зрения, как числовое значение. Геммологи указывали увеличение при котором производился осмотр, для того чтобы читатель примерно представлял как выглядело бы включение на микроскопе пользователя. Суть в том что для большинства профессиональных геммологов известны диапазоны увеличений, используемых во время рутинных геммологических работ. Самой большой сложностью с использованием увеличения в цифровую эпоху, является соблюдение точности во время пост-обработки, так как изображение часто “обрезается”, сводя на нет изначальное масштабирование, которое было при съемке
5. Заключение
Как мы видим, специализированные стереомикроскопы, совместно с цифровыми камерам,являются крайне эффективным оборудованием, и представляют широчайший простор для профессионалов. Благодаря различным используемым техникам, уровень работы специалиста-ювелира или геммолога, можно вывести на совсем другую ступень.
Использованы материалы:
- ; Nathan Renfro. Gems & Gemology, The Quarterly Journal of the GIA; Summer 2015, vol. 51, No.2
- 2/4/2013. GIA,
- Патент US2157437 (A) – Dark Field Illuminator. Shipley Jr Robert M., May 9, 1939,United States Patent Office.
- The study of Gemology, Yourgemologist.com, Robert James.
- Geology 115 – Magnification and what it reveals; bwsmigel.info; Barbara W. Smigel, 2012
- Fact Sheets of Hungary/Ministry of Foreign Affairs
- Igor Agranovski . Aerosols: Science and Technology. John Wiley & Sons, 2011
- Maria Leach, Jerome Fried. Funk & Wagnalls Standart Dictionary of Folklore, Mythology, and Legend. Harper & Row. 1984