Искусственный ювелирный камень
Сущность изобретения: искусственный ювелирный камень, выполненный с ограненной лицевой поверхностью, содержит пучок волоконно-оптических световодов. Каждый световод имеет сердцевину и оболочку, показатель преломления которой меньше показателя преломления сердцевины. Соседние световоды жестко соединены между собой по боковым поверхностям и ориентированы так, что касательная к оптическим осям световодов параллельна касательной к поверхности камня в месте избирательного рассеяния света. Световоды скреплены прозрачной средой, имеющей коэффицент поглощения больше, чем коэффицент поглощения световодов. Боковая поверхность световодов выполнена зеркально гладкой. Лицевая поверхность камня покрыта слоем прозрачного материала. Камень может содержать слои, в каждом из которых световоды параллельно уложены, но их оси в разных слоях непараллельны. Камень может состоять из блоков, некоторые блоки могут иметь сложную криволинейную форму, оси световодов изогнуты. Камень может быть выполнен в виде вставки, при этом световоды расположены под углом к опорной поверхности, а опорная поверхность снабжена дополнительным опорным элементом. Камень имеет насыщенный цвет с сохранением контрастного сияния в заданной части лицевой поверхности камня и эффекта прозрачности и глубины. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники.
Изобретение относится к украшениям, ювелирным изделиям и бижутерии. Предшествующий уровень техники. Известен ювелирный камень, содержащий основу из твердого прозрачного в видимой области спектра материала - природного кварца и включения в теле основы, имеющие форму волокон, ориентированных параллельно друг другу. Волокна выполнены из материала - крокидолита, асбеста, гетита, лимонита, и т. д., коэффициент преломления которого отличается от коэффициента преломления материала основы. Камень имеет лицевую ограненную поверхность и выполнен, например, в форме кабошона. Такой ювелирный камень характеризуется наличием резкой светлой линии или дугообразного сияния, эффекта шелковидности, связанных с рассеянием света включениями (Корнилов Н.И., Солодова Ю.П. Ювелирные камни, М.: Недра, 1987, с.190). Так как боковая поверхность включений с уступами ребристая, не зеркально-гладкая, а включения полупрозрачны, то вставка не имеет эффекта глубины, прозрачности. Контраст сияния по сравнению с остальной поверхностью вставки невелик. Ограниченный набор материалов, из которых выполнены включения, не обеспечивает большого разнообразия камней. Известны искусственные ювелирные камни - звездчатые сапфиры, описанные в книге Элуэлла Д. Искусственные драгоценные камни, М., Мир, 1986, с.41. Искусственный ювелирный камень - звездчатый сапфир содержит основу из твердого прозрачного в видимой области спектра материала - корунда и включения в теле основы, имеющие форму волокон (иголок) и ориентированные в соответствии с симметрией кристаллической структуры. Волокна располагаются слоями, в которых они расположены преимущественно либо в центральной, либо в периферийной частях камня. Выращивая камень, содержащий чередующиеся слои, получают в среднем однородное заполнение тела камня включениями. Включения разориентированы на угол 60о относительно друг друга в соответствии с кристаллической структурой корунда и выполнены из материала - титаната алюминия, коэффициент преломления которого отличается от коэффициента преломления материала основы. Камень имеет лицевую и опорную поверхности и огранен в форме сильно выпуклого кабошона. При наблюдении кристалла вдоль оси камня видно шесть блестящих полос, радиально расходящихся от его центра, которые связаны с рассеянием света на включения титаната алюминия. Вставки очень красивы, но технология их получения сложная и дорогостоящая. Кроме того, из-за небольшой концентрации включений интенсивность полос рассеяния невелика. Известен и искусственный ювелирный камень (1), который полностью или частично образован твердым оплавленным пучком, содержащим множество стекловолокон, расположенных параллельно основанию. Светопроводящие волокна содержат каждое стержень диаметром 2-80 мкм с высоким показателем преломления и оболочку с более низким показателем преломления. Световоды соединены между собой посредством сплавления оболочек. Пучок огранен таким образом, чтобы существовала часть лицевой поверхности, касательная плоскость к которой была бы параллельна осям световодов. В этом случае падающий на камень свет рассеивается таким образом, что на лицевой поверхности камня образуется яркая полоса - сияние, перпендикулярная осям световодов. Контраст полосы по сравнению с остальной частью камня большой, так как свет, падающий на торцы волоконно-оптических световодов, проходит без поглощения и рассеяния сквозь тело камня и практически не попадает в глаз наблюдателя, если не смотреть вдоль световодов на источник света, а свет, падающий на боковые поверхности сердцевины световодов под углами, близкими к нормальному, рассеивается в плоскости, перпендикулярной оптическим осям световодов и, попадая в глаз наблюдателя, вызывает эффект сияния. Достоинством описанного искусственного ювелирного камня является простота технологии изготовления, большой выход изделий из заготовок, возможность получения цветовых оттенков, не существующих в природе. Однако такой камень имеет существенный недостаток, напрямую связанный со структурой камня. Для получения глубины и прозрачности световоды должны быть прозрачны. Для получения насыщенного цвета сияния необходимо большое поглощение в выбранной области спектра света, распространяющегося в направлении, перпендикулярном направлению распространения света в световодах. Но так как путь световых лучей в этом направлении до выхода из камня через лицевую поверхность значительно меньше, чем вдоль световодов, а интенсивность прошедшего света экспоненциально зависит от произведения коэффициента поглощения на пройденный путь, то при введении сколь-нибудь заметного поглощения в оболочку или сердцевину световодов окраска сияния будет получена, то одновременно практически световоды станут непрозрачными, что приведет к полному пропаданию эффектов глубины и прочности. Так наши эксперименты показали, что узкий луч света, падающий перпендикулярно осям световода на тонкую пластинку из камня, описанного в патенте, уже при прохождении 150-200 мкм имеет изотропную диаграмму рассеяния в плоскости, перпендикулярной осям световодов. Это значит, что сияние формирует приповерхностный слой камня толщиной 100-300 мкм. В направлении вдоль световодов камень имеет размер 5-10 мм, что в десятки и сотни раз больше. В связи с этим данные камни могут иметь только слабую окраску контрастного сияния с сохранением глубины и прозрачности. Цель изобретения - создание искусственного ювелирного камня, имеющего насыщенный цвет с сохранением контрастного сияния в заданной части лицевой поверхности камня и эффекта прозрачности и глубины. Эта задача решается тем, что искусственный ювелирный камень имеет ограненную лицевую поверхность и содержит пучок волоконно-оптических световодов (ВС), каждый из которых имеет сердцевину и оболочку, показатель преломления которой меньше показателя преломления сердцевины, при этом соседние световоды жестко скреплены между собой по боковым поверхностям и ориентированы так, что касательная к оптическим осям световодов параллельна касательной к поверхности камня в месте избирательного рассеяния света, световоды скреплены твердой, прозрачной в области видимой части спектра, по меньшей мере, частично совпадающей с областью прозрачности световодов средой, коэффициент поглощения которой превышает коэффициент поглощения материала световодов, причем волоконно-оптические световоды имеют зеркально-гладкую наружную боковую поверхность. Для увеличения декоративного эффекта повышения срока службы камня его лицевая поверхность покрыта слоем прозрачного материала. Для формирования объемной линейной дифракционной решетки, обеспечения когерентного рассеяния света включениями по принципу дифракции Вульфа-Брэгга и получения эффекта благородного опала световоды уложены регулярно. Возможным вариантом является камень, у которого оси световодов изогнуты, а их кривизна совпадает с кривизной поверхности огранки. В другом варианте ювелирный камень состоит, по меньшей мере, из двух соединенных между собой как одно целое слоев. Можно изготовить также камень, у которого оптические оси световодов одного слоя расположены под углом к оптическим осям световодов соседнего слоя. Для получения дополнительного цветового эффекта в разных слоях световоды выполнены из материала с различной областью прозрачности. Можно также изготавливать ювелирный камень, у которого материал среды, по меньшей мере, двух соседних слоев имеет разную область прозрачности. Для получения дополнительного декоративного эффекта ювелирный камень выполняют в виде вставки в ювелирное изделие, имеющей опорную поверхность, причем световоды в нем расположены под углом к опорной поверхности, а опорная поверхность снабжена дополнительным декоративным элементом. Можно изготавливать декоративный элемент украшения в виде аппликации, жестко закрепленной на опорной поверхности. Можно также декоративный элемент украшения выполнить в виде гравировки в теле камня. Еще одним вариантом камня является камень, у которого оболочка световодов состоит, по меньшей мере, из двух слоев. Искусственный ювелирный камень, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает декоративный эффект, связанный с реализацией комплекса - яркого сияния в заданной части камня и насыщенного цвета с сохранением эффекта глубины и прозрачности на остальной части лицевой поверхности камня. На фиг.1 изображен ювелирный камень с ограненными лицевой и опорной поверхностями в форме кабошона, его вид сверху и сбоку, область сияния; на фиг. 2 - сечение ювелирного камня в двух проекциях; на фиг.3 - ход лучей, падающих на торцы световодов; на фиг.4 - ход световых лучей, падающих на среду, скрепляющую световоды; на фиг.5 - ход световых лучей, падающих на боковую поверхность световодов и на скрепляющую световоды среду в сечении, перпендикулярном осям световодов; на фиг.6 - ювелирный камень с дополнительным декоративным элементом. На фиг.1 показан внешний вид ювелирного камня 1. Камень имеет ограненную лицевую поверхность 2. Штриховкой показана область поверхности с сиянием 3, в которой касательная 4 параллельна оптическим осям световодов 5 (фиг.2). На фиг. 2 показано сечение камня в двух проекциях и волоконно-оптического световода. Камень состоит из параллельно уложенных волоконно-оптических световодов 6, скрепленных по боковым поверхностям прозрачной средой 7. Световоды состоят из сердцевины 8 и оболочки 9, имеющей коэффициент преломления, который меньше коэффициента преломления сердцевины. Боковая поверхность световодов 10 - зеркально гладкая. Световоды скреплены между собой прозрачной средой, имеющей коэффициент поглощения, который больше коэффициента поглощения световодов. Цель изобретения реализуется следующим образом. Пусть на вставку падает параллельный пучок световых лучей. Все лучи можно разбить на две группы, отличающиеся по характеру отражения и преломления; лучи 12, падающие на торцы световода, и лучи 13, падающие на боковую поверхность световода. Лучи 12 проходят без рассеяния и поглощения по световодам и выходят из камня на другом конце световода в угловой апертуре, соответствующей апертуре падающих лучей. Угол между нормалью к торцам (11) световода и осями световода меняется в зависимости от кривизны поверхности, пересекающей световод (фиг.4). Часть лучей 12, падающих на торцы, вводится в световод, пленяется и распространяются вдоль световода, а часть проходит через световоды и попадает на их боковую поверхность, расположенную за ними. Эти лучи становятся аналогами лучей 13. Иной характер распространения лучей 13, падающих на боковую поверхность ВС или на среду, скрепляющую световоды (фиг.4). Падающие лучи проходят через зеркально-гладкую боковую поверхность световода (без диффузного рассеяния на его поверхности) в световод и, проходя через него как через цилиндрическую линзу, испытывают множественное преломление и отражение на световодах и его боковых поверхностях, испытывают поглощение в скрепляющей световоды среде 7 и выходят из тела камня. На фиг.5 показана траектория лучей 13, падающих на камень перпендикулярно оптическим осям световодов. Видно, что лучи расщепляются на систему лучей, распространяющихся в угле 2

Формула изобретения
1. ИСКУССТВЕННЫЙ ЮВЕЛИРНЫЙ КАМЕНЬ, выполненный с ограненной лицевой поверхностью и содержащий пучок волоконно-оптических световодов, каждый из которых имеет сердцевину и оболочку, показатель преломления которой меньше показателя преломления сердцевины, при этом соседние световоды жестко скреплены между собой по боковым поверхностям и ориентированы так, что касательная к оптическим осям световодов параллельна касательной к поверхности камня в месте избирательного рассеяния света, отличающийся тем, что световоды скреплены твердой, прозрачной в видимой части спектра, по меньшей мере частично совпадающей с областью прозрачности световодов, средой, коэффициент поглощения которой превышает коэффициент поглощения материала световодов, причем волоконно-оптические световоды имеют зеркально-гладкую наружную боковую поверхность. 2. Камень по п.1, отличающийся тем, что его лицевая поверхность покрыта слоем прозрачного материала. 3. Камень по п.1, отличающийся тем, что световоды уложены регулярно. 4. Камень по п.1, отличающийся тем, что оси световодов изогнуты, при этом их кривизна совпадает с кривизной поверхности огранки. 5. Камень по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде вставки в ювелирное изделие, имеющей опорную поверхность, при этом световоды расположены под углом к опорной поверхности, а опорная поверхность снабжена дополнительным декоративным элементом. 6. Камень по п.5, отличающийся тем, что дополнительный элемент украшения представляет собой аппликацию, жестко закрепленную на опорной поверхности. 7. Камень по п. 5. отличающийся тем, что дополнительный декоративный элемент выполнен в виде гравировки в теле камня. 8. Камень по п.1, отличающийся тем, что он состоит из по меньшей мере двух соединенных между собой как одно целое слоев. 9. Камень по п.8, отличающийся тем, что световоды одного слоя расположены под углом к оптическим осям световодов соседнего слоя. 10. Камень по п.8, отличающийся тем, что в разных слоях световоды выполнены из материала с различной областью прозрачности. 11. Камень по п.8, отличающийся тем, что материал среды по меньшей мере двух соседних слоев имеет разную область прозрачности. 12. Камень по п.1, отличающийся тем, что оболочка световодов выполнена по меньшей мере из двух слоев.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6