周青超，沈锡田

(1.中国地质大学珠宝学院，湖北 武汉 430074；2.滇西应用技术大学珠宝学院，云南 腾冲 679100;3.湖北省珠宝工程技术研究中心，湖北 武汉 430074)

在全球珠宝市场中，中国珠宝市场规模占首位。数据显示，2019年全球珠宝首饰市场规模达3 705亿美元，中国珠宝市场规模占全球珠宝市场规模的三分之一。目前，中国已成为全球最大的黄金生产国、进口国和重要消费国；为仅次于美国的全球第二大钻石消费国；为全球最大的培育钻石生产国；为全球玉石消费及文化大国；淡水养殖珍珠产量占全球总产量的90%；彩色宝石销量连年攀升。中国珠宝市场规模虽居全球首位，但中国珠宝首饰产业仍处于初级发展阶段，在珠宝消费量上，市场发展空间仍然巨大，对珠宝检测行业的技术和服务提出了更高的要求。据国家市场监督管理总局发布，2019年中国珠宝玉石检测检验机构有261家，产值达10亿元人民币[1]。中国珠宝检测机构在规模和数量上有一定的优势，但与国际一流珠宝检测机构相比，其品牌和技术服务还存在一定的差距。在如此庞大的珠宝市场面前，市场上新营销模式的出现、合成宝石新技术以及优化处理技术的提升，珠宝检测技术的发展面临着全新的机遇和挑战。对于日常珠宝检测而言，绝大多数的检测过程并不需要依赖于高精尖的技术，但是拥有专利申请的数量依然能够表明一个企业或机构注重检测技术的研发和创新的程度，往往也更受消费者的青睐。因为通常只有实力雄厚的企业和机构才有余力在新的检测技术方面开展专利布局，本文拟从专利申请的角度来分析全球珠宝检测技术的发展。

1 珠宝检测行业发展趋势分析

20世纪80年代之前，由于仅有少数的宝石实验室才有条件配备大型的测试仪器，故传统的宝石鉴定仪器(如折射计和显微镜)是宝石学研究的主要手段，先进的测试技术被应用于宝石检测中极少，多用来弥补传统研究分析方法的不足。其中，紫外-可见分光光度计被用于记录宝石材料的定量吸收数据，电子探针被用于提供详细的非破坏性化学分析[2]。传统的宝石鉴定仪器结合相关的测试数据可表征绝对大部分天然宝石材料及当时有限种类的合成和处理宝石材料的特征。随着科学技术的发展，可应用于宝石领域的新方法和新技术也在不断增加。基于先进的生产设备以及庞大的珠宝市场需求，新一代合成宝石以及优化处理宝石的开发为宝石鉴定带来了更多的挑战[3-4]，这使得国内外各宝石检测机构需要研究出更可行的鉴定方法来区分天然宝石、合成宝石以及优化处理宝石，从而保证天然宝石在市场上的地位，给予消费者保障，增强其购买信心，使珠宝消费市场朝着健康的方向发展。

宝石检测技术可以简单地概括为信息采集与信息判断两个步骤。通过各种技术手段采集待测宝石的信息是第一步，然后根据采集到的信息与现有的数据库信息进行比较分析得出结论是第二步。如图1所示，笔者将宝石检测技术需要获取的信息分为6大类：光学信息、显微特征、谱学信息、颜色信息、元素信息和“指纹”信息。其中，光学信息指采用宝石学常规的光学仪器采集到的信息，包括折射率、双折射率、光轴和晶系、多色性、特征吸收线等[5]；显微特征指采用光学显微镜观察宝石表面及其内部的典型特征，例如断口、解理、内含物、双晶面等，也包括电子显微镜观察宝石表面的超精细结构如晕彩拉长石的周期性微观结构[6]；谱学信息指通过紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪、拉曼光谱仪、红外光谱仪采集宝石的吸收光谱、发射光谱以及振动光谱等特征[7-9]；颜色信息指采用光纤光谱仪、色度计等采集宝石颜色信息，利于构建彩色宝石的颜色分级[10-11]；元素信息是指采用X射线荧光光谱仪、电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪、激光诱导击穿光谱仪等采集宝石主量或微量元素的含量[12-15]；“指纹”信息指通过数码相机等成像系统采集宝石较为全面的信息(颜色、外观、缺陷、标记等)，给每一颗宝石标定自己的身份。近年来，钻石“指纹”识别技术是全球范围的研究热点。

图1 宝石检测技术的信息采集分类Fig.1 Classification of information collected by gemstone detection technology

其中，信息采集是宝石检测技术中的关键环节，信息采集越完善，最终判断结果越准确。在宝石检测技术领域中，信息采集和信息比对的执行者是检测员，其经验(预先存储的标准信息)决定了宝石鉴定的准确度。但是不同的检测员的信息采集与信息比对存在着差异性，故很多国内外宝石检测机构都致力于开发准确可靠、方便快捷的智能宝石检测设备，用全球统一的设备来对宝石进行检测，从而消除不同检测员之间的个体差异。

一项新的宝石检测技术或一种新的宝石检测设备从诞生到走向市场，需要经历漫长的研发周期，要想快速了解行业内的研发动态，专利技术分析无疑是最好的办法。在本文中，笔者通过分析宝石检测技术的全球专利技术申请文件，来了解珠宝行业内的前沿检测技术，不仅可较全面地了解全球宝石检测技术的发展趋势以及各大鉴定机构专利的未来布局方向，还可了解宝石优化处理技术的发展历程。在珠宝领域，人们通常不会申请新的宝石优化处理技术专利，常作为非公开技术保存，因为一旦公开后就会使得该技术得到的优化处理品或仿制品容易被检测机构识别，从而失去市场价值。本文分析用的专利申请数据来源于Incopat，以“G01N21/87”国际专利分类号(IPC)对宝石检测技术相关的专利进行检索，截至2021年9月12日，在全球范围内共检索到公开的专利3 366件，其中包含“钻石或金刚石”关键词的专利为1 544件。G01N21/87在IPC分类号中代表“测试宝石”的意思，采用IPC分类号进行检索可以更加全面地对全球范围内某个技术方向的专利申请进行分类统计和分析。

2 专利申请态势分析

笔者首先对全球范围内宝石检测技术领域的年度专利申请、申请人国别、主要国家或地区、技术分布和技术发展趋势等进行了统计，并对相关态势进行分析，从而洞悉宝石检测技术领域的专利国际环境。

2.1 早期的宝石检测专利技术

宝石检测技术的起源可以追溯到上世纪20年代，在1921到1925年，英国和法国申请了关于天然珍珠与养殖珍珠鉴定方法的专利(GB183674A，FR592529A，GB253373A，FR606373A)，其技术核心点分别是在紫外光照射下、在强光照射下以及浸泡在特殊液体中观察天然与养殖珍珠的特征；在1926年，美国人Hermann申请了以滤色镜来区分宝石的专利(US1744485A)，其中明确提到了用滤色镜区别祖母绿和绿色碧玺或绿玻璃的方法，以及将二色镜与滤色镜结合用于宝石的鉴定。在目前可检索到的专利资料中，这是最早将滤色镜和二色镜用于宝石检测的技术记载；同一年，美国人Read发明了一种用于宝石检测的技术(US1799604A)，可确定某一宝石或晶体是否是丢失或被盗的晶体。该技术的原理是光线到达宝石时会产生出多个反射和透射的二次光线，借助于合适的靶或屏幕对这些二次光线进行定位而获得宝石的投影信息，并投影信息登记存储于系统中作比对，与目前基于大数据开展的钻石“指纹”识别技术有异曲同工之妙。1927年，美国人Frank(US1700496A)从不同角度将宝石晶体中的缺陷(显微特征)记录存储，为确定某珍贵宝石晶体是否是丢失或被盗。在当时，以同族专利方式在美国(US1799604A)、法国(FR643142D)和英国(GB288496A)进行了布局，其专利价值非常高；1938年，美国Shipley发明了一种用于检验宝石的暗场照明装置，具有一个主抛物面反射器和一个副抛物面反射器(US2157437A)，这应该是目前检索到的关于宝石暗域照明的最原始技术记载。

1952年，美国Percy发明了一种宝石投影装置(US2742813A)，利用汇聚后的光线照射切磨好的钻石，可将其内部信息更清晰投射到屏幕，该专利在Frank(US1700496A)技术上进行了升级；1956年，美国Allen发明了一种浸入式折射计(US2869417A)，通过样品的投影图像测量折射率差；1957年，美国Shipley发明了测量宝石颜色的方法(US2960909A)，在目前可检索到的专利文件中，这是最早采用定量方式测量宝石颜色的技术记载；1957年，美国Samuels发明了一种利用胶片相机记录金刚石中缺陷的方法(US2909961A)，记录的信息可用于金刚石的分类以及识别；1958年，前苏联Tverskoj发明了一种利用发光材料检测钻石表面的微观裂纹探伤等瑕疵方法(SU121962A1)，将荧光体分散在有机溶剂中，然后将钻石浸泡在溶液中；1968年，美国GIA的研究人员发明了一种用于将宝石轮廓投影到屏幕上以确定其各种特性的方法和装置(US3539264A)；1968年，德国Eickhorst发明了一种利用反射法结合光电接收器测量宝石颜色的方法(DE1772105)，用于弥补不同人眼对颜色观察的误差。

2.2 全球专利申请年度趋势

笔者对专利申请的年份进行统计，得到基于年的专利申请与公开趋势，在一定程度上可反映该行业的整体专利申请态势。专利公开和专利申请相比有一定滞后，一般发明专利在申请后3～18个月公开，实用新型专利和外观设计专利在申请后1～15个月公开。

如图2所示，全球宝石检测技术专利申请数量从1921年到1969年呈零星式分布，专利技术申请处于萌芽期，总量较少，其专利技术内容分为：以解决丢失或被盗宝石的信息而开发的检测方法，以及以拍照或电信号方式来替代人眼观察而开发的一系列宝石检测技术；从1970到1980年，合成金绿宝石、合成宝石级金刚石、合成紫晶、熔盐法合成蓝宝石、钻石仿制品钇铝榴石和合成立方氧化锆，以及由陶瓷或玻璃仿制的绿松石、青金石、贵蛋白石和珊瑚等产品大量出现，宝石检测技术变得十分重要，相关宝石检测技术专利申请数量增长迅速；1980年到2010年，合成宝石材料技术走向成熟，也是专利技术申请的成熟期，这一时期宝石检测技术专利申请量增速放缓；2010年以后，随着大量的合成钻石、优化处理钻石涌入市场，各大宝石检测机构积极在CVD合成钻石、HPHT合成钻石、辐照处理钻石、高温高压处理钻石等检测方向进行了专利布局，导致全球宝石检测技术专利的申请量呈爆发式增长。与此同时，随着合成宝石以及优化处理技术的不断涌现，高质量天然宝石的价值也在不断增加，在宝石的定量评估与分级技术方面也布局了较多的专利。2020年以后的专利申请数据大幅降低是由于专利公开的滞后性造成的，一项发明专利从申请到公开需要经过18个月的固定周期(申请人不要求提前公开的前提下)。截止2022年3月11日，作者采用相同的IPC分类号进行检索，共检索到公开的专利3 500件，6个月的时间内，新公开的专利数量为134件，由此可以大致反向估算出2020年全球珠宝检测技术的专利申请量为268件，呈现出增长的态势。

图2 全球宝石检测技术专利申请趋势情况Fig.2 Global trends of patent application for the detection technology in gemstone identification

2.3 全球专利申请人国别分析

宝石检测技术领域的专利申请人国别的统计结果(图3)显示，目前中国专利申请总数占全球专利申请的15.3%左右，在数量上位居全球第一，美国的专利申请总数占全球第二，占比13.8%。专利地域分布能够从一定程度上反映该地域市场的现有规模以及未来的市场期待。宝石检测技术专利可从侧面反映一个国家或地区的珠宝市场规模，往往珠宝市场的规模越大、产业链越完善，宝石检测技术的专利布局也越完善。换句话说，当一个国家和地区配备了相应的宝石检测技术，珠宝消费者对该地区的珠宝市场将会更有信心。专利申请数量越多的地域，一定程度上说明了专利申请人重视这一地域的产品或技术市场，并有意在此开拓相关产品和技术市场。中国、美国、印度和日本的珠宝市场规模排名全球前四，可见，宝石检测技术在世界上珠宝消费市场大的国家和地区均拥有比较好的技术布局。

图4为专利申请量排名前10的国家或地区的发展趋势。通过分析，笔者了解各个国家专利文献的时间分布、不同时期的技术公开和技术储备情况，以及各国家的技术实力对比。中国在宝石检测技术领域虽然起步较晚，从20世纪80年代开始发力，但是经历了30年左右的发展，从2010年开始，中国的宝石检测技术取得了飞速的发展，专利申请数量呈井喷式增长，在世界范围遥遥领先。截止2022年3月11日，笔者采用相同的IPC分类号进行检索，最新数据显示，中国专利申请总数已经达到了全球专利申请的16.2%左右，增长态势明显，相比之下，美国的专利申请总数占比不变，仍为13.8%。由此可见，中国作为珠宝消费大国，近年来在珠宝检测技术方向上持续发力，已经布局了大量的专利。笔者对近5年内国内宝石检测技术相关专利进行了简单分析，其中企业申请的专利占比58.1%，高校申请的专利占比16.6%。值得注意的是，在这些专利申请中，技术方向比较杂乱，还没有形成核心的技术方向。中国检测机构在进行专利布局时，应该注重专利布局的系统性，这方面可以参考国际上一流的检测机构的专利布局，例如戴比尔斯公司在钻石检测方面的专利布局。

图4 宝石检测技术专利在各个国家或地区公开的趋势Fig.4 The open trends of detection technology patents in gemstone identificationin various countries or regions

2.4 全球专利申请人分析

宝石检测技术主要申请人的统计是基于申请人维度对该领域内的专利申请情况来分析的，目的是为了找寻宝石检测技术领域中有实力的企业和机构，分析其专利布局方向和重点专利情况。从图5可以看出，全球最大的钻石开采公司戴比尔斯(De Beers)的专利申请量排名第一；美国宝石学院(GIA)位居全球第二，其钻石鉴定证书是国际化的创始者，在宝石检测技术领域特别是钻石检测技术方面深受全球珠宝业的认可；金展科技(Goldway Technology)在专利排名数量居世界第三，2015年正式进军钻石市场，他们声称可以提供一条龙钻石认证-评级-印记服务[16]。金展科技使用人工智能技术、精密工程和各种材料分析方法可有效地确认钻石是天然的、经过处理的还是合成的，然后通过人工智能技术和大数据分析钻石的颜色和净度评级，消除人为错误。最后给天然钻石打上先进的防伪印记，包括突出标记和多层标记，因为其技术门槛很高，一般制造商难以模仿，再配合纳米技术定制印记内容以制作不同的独特标记，可有助建立和保护品牌形象，增强客户购买信心。

图5 宝石检测技术领域主要申请人专利数量Fig.5 The number of patent of major applicants in the field of detection technology in gemstone identification

戴比尔斯以及GIA均下设了子公司，每个子公司均有宝石检测技术的专利布局，但从检索数据来看，不同子公司之间的专利布局没有明显的技术偏向。中国作为目前世界范围内的珠宝消费大国，在宝石检测技术领域的专利申请总量上也位居首位，中国珠宝市场配备有相对完善的宝石检测技术体系，这是珠宝行业能够持续健康发展的前提。中国企业或机构在宝石检测技术领域专利申请数量的前三名分别是深圳市飞博尔珠宝科技有限公司、深圳市迪凯实业有限公司、中国地质大学(武汉)。国内的珠宝检测机构应该要注重分析国外一流检测机构的专利布局方向，通过专利分析一方面可以及时了解对手的最新研发动态，另一方面还可以找到对方在某一方向上的不足，从而加紧布局相关的技术专利，从而保证在未来的竞争中立于不败之地。

研究各申请人专利申请量的发展趋势有助于识别各申请人创新的启动、发力、领先、衰退的时间节点，掌握申请策略和创新实力的发展情况，有助于了解特定时期申请人的研发投入和技术活跃程度，预测未来的重要创新主体。从图6中可以看出，Gersan Ets.和Galatea Ltd.两个主要申请人在2009年后基本就没有申请过相关的专利，正在逐渐退出这一技术领域。而金展科技从2018年开始其专利申请数量始终保持领先，与当前研究的技术方向(钻石标记技术)是热点领域有关。GIA从2015年开始在宝石检测技术领域的每年专利布局数量保持了比较平稳的态势。

2.5 全球宝石检测技术领域的专利分布

从图7可以看出，珠宝检测技术领域的专利主要集中在4个方面，其中包括珠宝鉴定中采集光学现象与显微特征的的常规仪器、采集谱学信息的各类光谱仪器、采集图像信息的各类专用成像设备，以及具有一定专用性的钻石检测技术。此外，也包括近年来一些全新的宝石检测技术方案，例如钻石标记识别、珍珠的电子计算机断层扫描(CT)等。宝石检测技术最新专利布局主要解决的技术问题主要集中在：检测便利性的提高，检测装置复杂性的降低，检测效率的提高，以及检测准确度的提高等。

3 结语

(1)回顾宝石检测技术的发展历史，从诞生之初到现在，其目的从区分天然珍珠与人工养殖珍珠，发展到用于被盗或遗失宝石的信息匹配，再到后来用于各种宝石的鉴定与评估。宝石检测的信息采集也大致经历了从定性观察、半定量记录以及定量分析三个阶段。宝石检测技术发展到今天，从时间维度来看，宝石检测技术存在一定的滞后性，即需要市场上先出现宝石的优化处理品或仿制品，对应的宝石检测技术才会开发出来。随着科技创新和数字化技术的不断发展，宝石检测技术应该期望从时间维度上提前，开发先进的现代技术手段，确实保障天然宝石的地位。

(2)从专利的发展态势来看，宝石检测技术领域仍然处于高速发展期，一方面由于全球范围内宝石的优化处理技术以及合成技术还在不断升级，另一方面，各种现代仪器测试手段不断被应用到宝石检测中。各大宝石检测机构不应该只局限于钻石检测这一主要市场，可以在其它高端宝石方向上开展研究，布局更多领域的应用技术方案，形成多技术领域的横向专利布局。未来几年，中国在培育钻石上的技术还将不断突破，培育钻石的产量还会持续增长，对于中国的宝石检测机构来说，抓住培育钻石的产业集群优势，围绕近年来的热门技术方向，诸如“一物一证，一码一链”等，与培育钻石生产企业合作，抓紧布局培育钻石的检测方法、标记技术等相关专利，在国际珠宝检测技术领域通过数字化检测方向实现弯道超车。

(3)从宝石检测技术专利布局的角度来看，由于检测方法类型的专利不容易取证，一项检测方法的公开，往往可以直接被同行人员直接拿来使用，预期通过专利进行保护的目的无法到达，也就失去了申请专利的价值。各宝石检测机构应该将检测方法与检测设备融合在一起，布局以检测设备或零部件为保护主体的专利，将核心检测技术融入到检测设备中进行专利保护。