DE2406008A1 - Transparent jewellry stone of natural or synthetic material - material refractive index and facette angles define light exit angle within given relationship - Google Patents

Transparent jewellry stone of natural or synthetic material - material refractive index and facette angles define light exit angle within given relationship

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DE2406008A1 DE19742406008 DE2406008A DE2406008A1 DE 2406008 A1 DE2406008 A1 DE 2406008A1 DE 19742406008 DE19742406008 DE 19742406008 DE 2406008 A DE2406008 A DE 2406008A DE 2406008 A1 DE2406008 A1 DE 2406008A1
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Abstract

Transparent jewellry stone of a natural or synthetic material with refractive index n = 2.2 in a diamond grind, a parallel table and top and bottom part facettes where the refractive index of the stone material, the back facette angle and an uneven diamond division give a defined light exit angle for light falling vertically onto the tablet. The definition inter-relates the light exit angle, the refractive index, the limiting angle of the total reflection, and the inner angle. The diamond division is chosen according to the refractive index with a reducing number of corners on reducing refractive index.

Description

Transparenter $Schmuckstein Die SrfindunS betrifft einen transparenten Schmuckstein aus einem natürlichen oder synthetischen Material mit einem Brechungsindex n # 2,2 für einen Brillantschliff mit einer Rondinte, einer dazu parallelen Tafel und Ober-und Unterteilfacetten. Dabei wird auch ein farbig transparentes Material einbezogen, das natürlich vorkommt oder künstlich hergestellt wird. Transparent gemstone The SrfindunS concerns a transparent one Gemstone made from a natural or synthetic material with a refractive index n # 2.2 for a brilliant cut with a round ink, a table parallel to it and top and bottom facets. A colored, transparent material is also used included that occurs naturally or is artificially produced.

Der Diamant-Brillant mit einer herkömmlichen Brillantteilung zeigt eine Brillanz, die den 8tein zwar hell erscheinen läßt, bei dem aber die erwünschten Spektralfarben vermißt werden. Es i.t schon vorgeschlagen worden, bei einem Diamant-Brillanten diesen Effekt in bezug auf die Spektralfarben zu verbessern, indem ftlr den Diamant-Brillanten eine ungerade Teilung mit einer Eckenzahl über 9 angewendet wird, bei der die Neigungswinkel der unteren und oberen Facetten in bezug zur Rondistebene so gewählt sind, daß das von den unteren Facetten reflektierte und durch die oberen Facetten austretende Licht unter einem Offnungswinkel des Spektrums (Auffiederungsewinkel) » zwischen 1°20' und 12°57' in bezug zu den oberen Facetten gestreut wird. Wenn nan solche Bedingungen auf andere Materialien überträgt, dann ergeben sich zwar geometrisch einen Brillanten Ihnliche Schmucksteine, welche aber bei der Anwendung eines solchen Stückes nicht die Brillanz aufweisen.The diamond brilliant with a conventional brilliant division shows a brilliance that makes the stone appear bright, but with the desired one Spectral colors are measured. It has already been suggested for a diamond-cut diamond to improve this effect in relation to the spectral colors by for the diamond-brilliant-cut diamonds an odd division with a number of corners greater than 9 is used for the angle of inclination of the lower and upper facets in relation to the girdle plane are chosen so that the reflected by the lower facets and exiting through the upper facets Light at an opening angle of the spectrum (farthing angle) »between 1 ° 20 'and 12 ° 57' with respect to the upper facets. If nan such If conditions are transferred to other materials, then they result geometrically a Diamonds Similar gemstones, but which when using such a piece not have the brilliance.

Es ist auch bekannt, bei Brillantachliffen einen Winkel zwischen der Rondistebene und den Rflckfacetten zwischen 37 und 450 vorzusehen.It is also known to have an angle between the brilliant cuts The girdle plane and the rear facets should be between 37 and 450.

In der deutschen Patentschrift 2 014 966 wurde vorgeschlagen, unter bestimmten Gesichtspunkten einen kleineren RUckfacettenwinkel als 350 anzuwenden. Diese deutsche Patentschrift beruht auch auf der Erkenntnis, daß der sogenannte Auffiederungswinkel P , der für das Teuer des Steines grob sein soll, durch die Winkel bestimmt wird, die von den ii Spiel stehenden Facetten gebildet werden, wenn sie Seitenflächen einer ungradzahligen Pyramide sind. Dabei wurde ferner davon ausgegangen, daß der Austrittswinkel eines Lichtatrahles aus einem optisch dichteren Material höchstens gleich dem Auffiederungs-Grenzwinkel sein kann, weil der Austrittawinkel des Lichtes aus einem optisch dichten Material seinerseits den Auffiederungswinkel bestimmt. Für einen Diamanten ist ein Lichtaustrittswinkel von maximal 23°56' und somit ein Auffiederungs-Grenzwinkel von 12057. gegeben.In the German patent specification 2 014 966 it was proposed under To use a back facet angle smaller than 350 for certain considerations. This German patent specification is also based on the knowledge that the so-called Auffiederungswinkel P, which should be rough for the price of the stone, by the Angle is determined, which are formed by the ii game standing facets, if they are sides of an odd pyramid. It was also assumed that that the exit angle of a light beam from an optically denser material can be at most equal to the flaring limit angle, because the exit angle of the light from an optically dense material, in turn, defines the flaring angle certainly. For a diamond, a light emission angle of a maximum of 23 ° is 56 'and thus a feathering limit angle of 12057 is given.

Allgemein ergibt sich aus der deutschen Patentschrift, daß nach Wahl der Eckenzahl für einen zu bearbeitenden Schmuckstein die Neigungswinkel der Vorder- und Rückfacetten gewählt werden müssen, um zu einer starken Dispersion des austretenden Lichtatrahles zu gelangen, damit der Schmuckstein möglichst viel Feuer aufweist. Hierbei ergab sich auch für eine Ausführung mit 7 Ecken, daß die Summe der Winkel der Vorder- und Rückfacetten zur Rondistebene beispielsweise 28,40 beträgt. Diese Bedingung trifft aber nicht allgemein zu, sondern allenfalls für einen Diamant-Brillanten, dessen Feuer bei einer solchen Eckenzahl aber aus anderen Gründen wesentlich herabgesetzt ist.In general, it follows from the German patent specification that optional the number of corners for a gemstone to be worked the angle of inclination of the front and back facets must be chosen in order to achieve a strong dispersion of the exiting To get Lichtatstrahles, so that the gem has as much fire as possible. This also resulted in a version with 7 corners that the sum of the angles of the front and rear facets to the girdle plane is, for example, 28.40. These However, the condition does not apply in general, but at most for a diamond, its fire with such a number of corners is significantly reduced for other reasons is.

Aus der britischen Patentschrift 221 960 sind Schmucksteine mit einer Teilung, die zu 9 Ecken fithrt, bekannt. Wenn für diese Schmucksteine insbesondere im Hinblick auf Brillanten ein Rückfacettenwinkel. in dem angegebenen Bereich von 38 ~ 410 eingesetzt wird, dann führt dieses zu einem völlig unbrauchbaren Schmuckstein. Im Sinne der Erfindung würde ein brauchbares Ergebnis nur mit; einem Brechungsindex zwischen 2,28 und 2,13 erreicht. Dafür ist aber kein Material bekannt Die Teilung 9 = 3 x 3 erfolgt lediglich aus ornamentalen Gründen. Diese bekannte Ausführung eignet sich weder für das Material Diamant noch für irgendein anderes bekanntes Material, um zu einem im Sinne der Erfindung brauchbaren Schmuckstein zu kommen.From British patent specification 221 960 are gemstones with a Division that leads to 9 corners is known. If for these gemstones in particular with regard to diamonds, a rear facet angle. in the specified range of 38 ~ 410 is used, then this leads to a completely unusable gemstone. For the purposes of the invention, a useful result would only be with; a refractive index reached between 2.28 and 2.13. But no material is known for this The division 9 = 3 x 3 is only for ornamental reasons. This well-known version is neither suitable for the material diamond nor for any other known material Material to arrive at a gemstone that can be used in the context of the invention.

Es kommen Materialien in der Natur vor oder werden synthetisch hergestellt und weiterentwickelt, die heute mit einem Schliff verarbeitet werden, der unter ornamentmäßigen Gesichtspunkten dem Brillantschliff nachgeahmt ist, aber das Licht in bescheidener Weise reflektiert, so daß das Feuer begrenzt ist. Bei solchen Steinen ist es erwünscht, beispielsweise auch eine Grundfarbe, z.B. des Tansanit, in blau oder violett möglichst satt sichtbar zu machen.Materials occur naturally or are produced synthetically and further developed, which are now processed with a finish that is below ornamental point of view is imitated the brilliant cut, but the light reflected in a humble way so that the fire is limited. With stones like that it is desirable, for example, a basic color, e.g. of tanzanite, in blue or to make purple as rich as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch solche Schmucksteine außer Diamant, die entweder vorzügliche optische Eigenschaften oder auch eine für dauerhaften Gebrauch erforderliche Härte aufweisen, 80 auszuführen, daß für das Jeweilige Material ein Schliff in einer Form angewendet wird, die eine Jeweils moglichst optimale Brillanz mit lebhaftem Feuer erzeugt und sich materialabhängig ändert. Die Angabe mit einem Brechungsindex n < 2,2 beruht darauf, daß bei n @ 2,2 eine Anpassung bei den behandelten Materialien unzweckmäßig ist, weil sie (wie Pabulit, Rutil) ein großes Parbspielmoment (Dispersion des Materials) besitzen.The invention is based on the object, including such gemstones except for diamond, which either has excellent optical properties or one for permanent use have required hardness to perform 80 that for the A cut is applied to the respective material in a form that is as individual as possible creates optimal brilliance with lively fire and changes depending on the material. The specification with a refractive index n <2.2 is based on the fact that with n @ 2.2 a Adaptation of the treated materials is inexpedient because they (such as Pabulit, Rutile) have a large playing moment (dispersion of the material).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Brechungsindex des Ste inmaeerials, der Rückfacettenwinkel und eine ungerade Brillantteilung einen Lichtaustrittswinkel von 1 . 160 ( arc tg 1 < # '''0 RUr senkrecht auf die Tafel fallendes Licht ergeben. Hierbei bedeuten #"' den Lichtaustrittswinkel, n den Brechungsindex und #@ Grenzwinkel der Totalreflexion.According to the invention, this object is achieved in that the refractive index of the stone, the rear facet angle and an odd diamond division Light emission angle of 1. 160 (arc tg 1 <# '' '0 RUr perpendicular to the board falling light. Here # "'means the light exit angle, n the refractive index and # @ critical angle of total reflection.

Die Werte t bezeichnen Jeweils den inneren Winkel, d.h. den Winkel im Material des Steines an der Reflexionsebene bzw.The values t each denote the inner angle, i.e. the angle in the material of the stone at the reflection plane or

der Austrittsebene in bezug zur Normalen auf diese Ebene.the exit plane in relation to the normal to this plane.

Unter diesem Gesichtspunkt ist vorteilhaft auch bei einem an sich bekannten Rückfacettenwinkel im Bereich vorzugsweise zwischen 24°, und 51,5° zur Rondistebene die Facettenteilung bzw. Jeweils ungeradzahlige Brillantteilung in Abhängigkeit von dem Brechungsindex mit sich vermindernder Eckenzahl bei abnehmendem Brechungsindex zu wählen, wobei der Lichtaustrittswinkel £ grösser als 160 ist. Der vorzugsweise angegebene Rückfacettenwinkel ist aus Gründen des optinalen Verhaltens gewählt worden. Einbezogen wird, dass er auch unterschritten werden kann. Auszugehen ist dabei davon, dass bei transparenten Schmucksteinen mit n s 2,2 die Höhe der Pyramide an der Rückseite nicht von wesentlicher Bedeutung ist.From this point of view, it is also advantageous in itself known rear facet angle in the range preferably between 24 ° and 51.5 ° to the Rondist plane the facet division or each odd-numbered brilliant division in Dependence on the refractive index with decreasing number of corners with decreasing To choose the refractive index, whereby the light exit angle £ is greater than 160. The preferred rear facet angle is for reasons of optimal behavior has been chosen. It is taken into account that it can also be undercut. To go out is based on the fact that in the case of transparent gemstones with n s 2.2 the height of Pyramid at the back is not essential.

Bevorzugt wird, dass der Vorderracettenwinkel # < 330 ist.It is preferred that the front racette angle is # <330.

Wesentlich ist aber die Erkenntnis, dass bei einem im wesentlichen gleichbleibenden Bereich des Rückfacettenwinkels die Eckenzahl verändert werden muss, und zwar in Abhängigkeit vom Brechungsindex. Hierbei kann für bestimmte Materialien vorgesehen werden, dass bei einem Brechungsindex n = etwa 1,56 eine Eckenzahl 7, n n etwa 1,83 eine Eckenzahl 9, n - etwa 1,9 bis 2 eine Eckenzahl 9 gewählt wird.What is essential, however, is the knowledge that with one essentially constant area of the rear facet angle the number of corners can be changed must, depending on the refractive index. This can be done for certain materials it is provided that with a refractive index n = approximately 1.56 a number of corners 7, n n about 1.83 a corner number 9, n - about 1.9 to 2 a corner number 9 is selected.

In diesen Beispielen sind besonders zweckmässige Material en genannt, und zwar in der Reihenfolge der Angaben Glas, YAG, Zirkon.In these examples particularly suitable materials are mentioned, namely in the order of the indications glass, YAG, zircon.

Wie allgemein bekannt, schwingt das Licht (eine elektromagnetische Welle) in zwei Vektoren, dem zur Einfallsebene parallelen elektrischen Vektor und dem senkrechten magnetischen Vektor. Bei tg #""' = 1/n geht der parallele Vektor ungedämpft aus dem dichteren Material heraus und bei tg #""' = n ungedämpft in das dichtere Material hinein. Dieses Gesetz führt in der Anwendung auf den Brillantschiff zu einem ansprechenden Schmuckstein, da die elektrische Komponente die wesentlichere ist. Gleichzeitig ist der Auffiederungswinkel auch flir solche Materialien wie YAG (mit einer kleinen Dispersion des Materials) so groß geworden, daß der Schmuckstein viele einzelne Spektralfarben erkennen läßt.As is well known, light vibrates (an electromagnetic Wave) into two vectors, the electric vector parallel to the plane of incidence and the perpendicular magnetic vector. At tg # "" '= 1 / n the parallel vector goes undamped out of the denser material and with tg # "" '= n undamped in the denser material into it. This law leads in the application to the brilliant ship an attractive gem, since the electrical component is the more essential is. At the same time, the angle of the feathering is also true for such materials as YAG (with a small dispersion of the material) became so large that the gemstone shows many individual spectral colors.

Bei einem Ritckfacettenwinkel in der Größenordnung von 28,50 kann bei einem Material mit einem Brechungsindex n < 1,7 (Glas) eine kleinere ungerade Eckenzahl gewählt werden, wenn die Rückseite des 8teines verspiegelt ist.With a Ritck facet angle of the order of 28.50 for a material with a refractive index n <1.7 (glass) a smaller odd one Number of corners can be selected if the back of the 8tone is mirrored.

Eine Lehre der Erfindung liegt unter Einbeziehung obiger Bedingungen darin, daß der Rückfacettenwinkel 9 so gewählt ist, daß der Winkel des Lichtstrahles mit dem Lot auf die Rückfacette stets größer ist als der Totalreflektionswinkel für das betreffende Material und daß die Eckenzahl so gewählt ist daß der Lichtaustrittswinkel (EW' ) des parallelen Licht vektors durch den Brechungsindex des transparenten Materials im wesentlichen mit tg (#""') = 1/n der Anstrittswinkel #""' als günstigster Winkel bestimmt wird. Dieses lässt die Möglichkeit offen, den Rückfacettenwinkel zu verändern, wobei aber immer eine Abhängigkeit vom Brechungsindex vorhanden ist und wiederum in Abhängigkeit vom Brechungsindex die Ecken.A teaching of the invention is based on the inclusion of the above conditions in that the rear facet angle 9 is chosen so that the angle of the light beam with the perpendicular to the rear facet is always greater than the total reflection angle for the material in question and that the number of corners is chosen so that the light exit angle (EW ') of the parallel light vector through the refractive index of the transparent material essentially with tg (# "" ') = 1 / n the approach angle # ""' as the most favorable angle is determined. This leaves the possibility of changing the rear facet angle open, but there is always a dependency on the refractive index and again the corners depending on the refractive index.

zahl verändert wird. Unter diesen Bedingungen ist ein Schliff auch in Glas dem Diamantbrillanten ähnlich zu machen.number is changed. Under these conditions there is also a cut in glass to make it resemble the diamond brilliant.

Als ein charakteristisches Beispiel ist der YAG (Yttriu@ Aluminium Granat) Mit einem Brechungsinder n " 1.8334 und einer Dispersion - 0,028 bei einer Mohshärte von 8 1/2 zu nennen.As a characteristic example, the YAG (Yttriu @ Aluminum Garnet) With a refractive index n "1.8334 and a dispersion - 0.028 at one Mohs hardness of 8 1/2.

Ii herkömmlichen Schliff zeigt der YAG-Brillant keine Spektralfarben, in neuen Schliff dagegen besitzt er ein lebhaftes Feuer. Durch seine hohe Härte von 8 1/2 ist er auch im praktischen Gebrauch geeignet Es wird weiterhin bemerkt, daß die Rückfacettenwinkel des Schliffen für alle Materialien deshalb kritisch sind, weil durch die doppelte Reflexion an ihnen das Licht ui den vierfachen Winkelbetrag der Toleranz des Rückfacettenwinkels auf die Tafel bzw die Vorderfacetten gelangt und dort bei Abweichungen von den Bedingungen der Erfindung entweder einen so kleinen Austrittswinkel erhält, daß es nur hell und nicht farbig erscheint, oder über den Winkel der Totalreflexion anwächst und somit im Stein bleibt. Ein solcher Stein si@ht fad aus.Ii conventional cut, the YAG diamond does not show any spectral colors, in a new cut, on the other hand, it has a lively fire. Due to its high hardness of 8 1/2 it is also suitable in practical use It is also noted that the back facet angles of the cut are therefore critical for all materials, because through the double reflection on them the light ui four times the angular amount the tolerance of the rear facet angle reaches the panel or the front facets and there, if there are deviations from the conditions of the invention, either one so small Exit angle receives that it only appears bright and not colored, or over the The angle of total reflection increases and thus remains in the stone. Such a stone looks boring.

Hierzu wird darauf hingewiesen, daß bis Totalreflexion eine der schärfsten Grenzen in der Optik ist. Si. ist unter sllen Unständen zu beachten, wenn ein Schliff den gewünschten Erfolg eines starken Peuers besitzen soll, und zwar in doppelter Hinsicht, d.h. die diesbezüglichen Winkel sollen einmal Sur Reflexion an den Rückfacetten großer und das andere Mal zus lichtaustritt an Tafel und Vorderfacetten kleiner als der Totalreflexionswinkel sein.It should be noted that up to total reflection one of the sharpest Limits in optics. Si. is to be observed under all circumstances when a cut should have the desired success of a strong fire, and in twofold Respect, i.e. the relevant angle should once be sur reflection on the rear facets larger and the other time too light emission on the board and front facets smaller be than the total reflection angle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments, which are shown in the drawing.

In dieser zeigen: Fig. 1: ein Schaubild für Schliffe von Schmucksteinen in einem Koordinatensystem, dessen Abszisse die Eckenzahl und dessen Ordinate dem Lichtaustrittswinkel dichteren Material in Luft aufweist, wobei bestimmte Materialien mit ihren Brechungsindies und Rückfacettenwinkel angegeben sind; Fig. 2: ein aus Fig. 1 abgeleitetes Schaubild in einem Koordinatensystem, dessen Abszisse den Brechungsindex und dessen Ordinate den Austrittswinkel £ angibt; Fig. 3: eine Seitenansicht eines Schmucksteines; Fig. 4s eine Draufsicht auf den Schmuckstein gemäß Fig. 3; Fig. 5: ein Diagramm für die Intensität der Lichtvektoren, dargestellt für die Substanz YAG als Beispiel.These show: FIG. 1: a diagram for the cuts of gemstones in a coordinate system whose abscissa is the number of corners and whose ordinate is the Light exit angle has denser material in air, with certain materials with their refractive indices and back facet angles are indicated; Fig. 2: on off 1 derived diagram in a coordinate system, the abscissa of which is the refractive index and whose ordinate indicates the exit angle £; Fig. 3: a side view of a Gemstone; FIG. 4s a plan view of the gemstone according to FIG. 3; FIG. Fig. 5: a diagram for the intensity of the light vectors shown for the substance YAG as an example.

Die Figuren 3 und 4 dienen lediglich zur Erläuterung von Maßgrößen. Der Schmuckstein hat die Rondistebene 1, eine Tafel 2, sogenannte Vorderfacetten 4 und Rückfacetten 5. Der Rückfacettenwinkel 6 ist mit # und der Vorderfacettenwinkel 7 mit # bezeichnet. Es ist erkennbar, daB die Vorder- und Rückfacetten zueinander versetzt sind. Fig 4 zeigt, daß sieben Vorderfacetten vorhanden sind, so daß eine siebeneckige Teilung entsteht.Figures 3 and 4 are only used to explain dimensions. The gemstone has the girdle level 1, a table 2, so-called front facets 4 and back facets 5. The back facet angle 6 is with # and the front facet angle 7 denoted by #. It can be seen that the anterior and posterior facets are relative to one another are offset. Fig. 4 shows that there are seven front facets so that one heptagonal division is created.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, wo die Winkel #' , #" und #"' gemäss obiger Definition, immer im Inneren des Materials und gemessen zur Normalen auf der zugeordneten Ebene, angenonnen werden. d und #1 bezeichnen die äusseren Winkel, bezogen auf die Normale der Ebene.From Fig. 3 it can be seen where the angles # ', # "and #"' according to the above Definition, always inside the material and measured to the normal on the assigned Level, to be assumed. d and # 1 denote the outer angles, based on the Normal of the plane.

Die Fig. l ist abgeleitet aus der Formel (1) sin (180°/m) # sin (#) = ½ arc tg 1/n darin bedeutent m = Eckenzahl, eine ganze ungerade Zahl (#) = Rückfacettenwinkel n = Brechungsindex Wird diese Gleichung nach dem Rückfacettenwinkel oder der Eckenzahl j aufgelöst, so ergeben sich die Größen für den günstigste Lichtaustrittswinkel (2) tg #""' = 1/n weil auch gilt sin. (#"' /2) = ½ arc tg 1/n wobei #"' = Lichtaustrittswinkel dichteres material / Luft.Fig. 1 is derived from the formula (1) sin (180 ° / m) # sin (#) = ½ arc tg 1 / n where m = number of corners, a whole odd number (#) = rear facet angle n = refractive index If this equation is based on the back facet angle or the number of corners j resolved, the sizes for the most favorable light exit angle result (2) tg # "" '= 1 / n because sin also applies. (# "'/ 2) = ½ arc tg 1 / n where #"' = light exit angle denser material / air.

Weiterhin wird einbezogen (3) sin #o"' = 1/n wobei bedeuten-(#o"') = Grenzwinkel der Totalreflexion (#""') = günstigster Lichtaustrittswinkel.Also included is (3) sin #o "'= 1 / n where - (# o"') = Critical angle of total reflection (# "" ') = most favorable light exit angle.

In Fig. 1 ist ault der Abszisse 8 die Eckenzahl m und aut der Ordinate 9 der Lichtaustrittswinkel aufgetragen. Unter Bezugnahme auf obige Pormeln sind dann als Parameter die Linien 10, 11, 12 für Rückfacettenwinkel von 55°, 45°, 37° eingezeichnet. Als Materialien sind beispielsweise angegeben in dem Bereich 13 Glas mit dem Brechungsindex 1,56; im Bereich 14 YAO mit dem Brechungsindex von 1.8334 und im Bereich 15 Zirkon mit dem Brechungsindex 1,93 .... 1,99. Jeweils eine.In Fig. 1, the abscissa 8 is the corner number m and aut is the ordinate 9 the light exit angle plotted. With reference to the above formulas are then as parameters the lines 10, 11, 12 for rear facet angles of 55 °, 45 °, 37 ° drawn. For example, glass is specified as materials in area 13 with the refractive index 1.56; in the range 14 YAO with the refractive index of 1.8334 and in the area 15 zircon with the refractive index 1.93 .... 1.99. One each.

zeichnet ist für Jeden Bereich ein oberer Wert 16, 17, 18 für den Lichtaustrittswinkel, wobei. es sich dabei um den Grenzwinkel für die Totaireflektion handelt.for each area there is an upper value 16, 17, 18 for the Light exit angle, where. it is the critical angle for the total reflection acts.

Bemerkt wird dabei weiter, daß der Grenzwinkel der Totalreflexion erhalten wird, wenn (3) erfüllt ist.It is also noted that the critical angle of total reflection is obtained when (3) is satisfied.

Wenn jetzt für ein bestimmtes Merkmal im Bereich des gewählten Rltckraoettenwinkels die günstigste Eckenzahl bestimmt werden soll, wird der Schnittpunkt zwischen der Winkelkurve mit einer der Eckenzahl entsprechenden Teilung festgestellt und der Schnittpunkt nach (3) ausgewählt. Hierbei ergeben sich bestimmte Rückfacettenwinkel einerseits und bestimmte Eckenzahlen andererseits, die zu dem erwünschten Ergebnis tuhren.If now for a certain feature in the area of the selected back angle the most favorable number of corners is to be determined, the point of intersection between the Angular curve determined with a division corresponding to the number of corners and the Intersection point selected according to (3). This results in certain rear facet angles on the one hand and certain corner numbers on the other hand, which lead to the desired result to do.

Für ein "diamant-brillant-ähnliches" Ausschen eines Schliffes aus einem transparenten Material ist der Rückfacettenwinkel neben der ungeraden Teilung entscheidend. Dieser Winkel wird durch die Formel (3) bestimmt und ist keinesfalls zu überschreiten.For a "diamond-brilliant-like" removal of a cut a transparent material is the back facet angle next to the odd pitch decisive. This angle is determined by the formula (3) and is by no means To exceed.

Um einen Schliff aus anderen: transparenten Material als Diamant dem Diamant-Brillanten ähnlich auszuführen, ist es notwendig, es im Gebrauch dauerhaft zu machen. Glas mit einer Mohshärte zwischen 4,5 .... 7,0, ganz besonders in den weichen Sorten, weicht stark vom Diamanten ab, so das es unumgänglich erscheint, die geschliffenen Steine zu schützen.To get a cut from others: transparent material than the diamond Similar to diamond-cut diamonds, it is necessary to make it permanent in use close. Glass with a Mohs hardness between 4.5 .... 7.0, especially in the soft types, differs greatly from diamonds, so that it seems inevitable, to protect the cut stones.

Bin solcher Schutz ist durch eine Schicht aus einer Substanz zu erreichen, die wesentlich härter im Abrieb ist als der Grundkdrper. Solche Schichten können im Hochvakuum aufgebracht werden.Such protection can be achieved by a layer of a substance which is much harder to wear than the base body. Such layers can be applied in a high vacuum.

In Fig. 2 ist in einem Koordinatensystem auf der Abszisse 19 der Brechungsindex und auf der Ordinate 20 der innere Lichtaustrittswinkel # angegeben.In FIG. 2, the refractive index is on the abscissa 19 in a coordinate system and on the ordinate 20 the inner light exit angle # is indicated.

In Fig. 2 bezeichnet d:Le obere Kurve 26 den Winkel#o"', den Grenzwinkel der Totalreflexion, welcher in den verschiedenen Bereichen in Fig. 1 durch die Linien 16, 17, 18 angegeben ist, und die untere Kurve 27 den Winkel#""', d.h. den günstigsten Lichtaustrittswinkel, welcher in Fig. 1 Jeweils durch die Linien 31, 3;2, 33 für die verschiedenen Bereiche 13, 14, 15 angegeben ist.In FIG. 2, d: Le upper curve 26 denotes the angle # o "', the critical angle the total reflection, which in the various areas in Fig. 1 by the lines 16, 17, 18, and the lower curve 27 the angle # "" ', i.e. the most favorable Light exit angle, which in Fig. 1 in each case by the lines 31, 3; 2, 33 for the different areas 13, 14, 15 is indicated.

Aus Fig. 1 ergibt sich dabei der Zusammenhang mit der Eckenzahl auch unter Bezugnahme auf einen gewählten Rückfacettenwinkel, so dass sich aus Fig. 1 Jeweils ein Bereich ablesen lässt, in welchem besonders günstige Bedingungen erzielt werden. Es ist dabei erkennbar, dass das Verhältnis zwischen dem Rückfacettenwinkel und dem Winkel der Totalreflexion des betreffenden Materials um so kleiner wird, Je kleiner der Brechungsindex des betreffenden Materials ist.From Fig. 1, the relationship with the number of corners also results with reference to a selected rear facet angle, so that FIG. 1 One area can be read in each case, in which particularly favorable conditions are achieved will. It can be seen that the ratio between the rear facet angle and the angle of total reflection of the material in question becomes smaller, The smaller the refractive index of the material in question.

Anderenfalls sind die Rückfacetten zu verspiegeln, wie es bei Glas üblich ist. Glas besitzt ein Verhältnis von 1 : 1,025.Otherwise the rear facets have to be mirrored, as is the case with glass is common. Glass has a ratio of 1: 1.025.

Wenn Glas auf der Rückseite verspiegelt wird, ist zwar das Verhältnis der genannten Winkel unendlich. Es wird einfallendes Licht aus allen Richtungen über der Rondistebene reflektiert.If glass is mirrored on the back, the ratio is true the said angle is infinite. There will be incident light from all directions reflected over the girdle level.

Trotzdem bestimmt der Rückfacettenwinkel nach obigen Angaben den Lichtaustrittswinkel; beispielsweise ergeben Glasschliffe mit 7 Ecken und 400 bei 22 in Fig. 1 oder mit 5 Ecken und 28,5° bei 21 in Fig. 1 den gleichen Austrittawinkel von - 32,60.Nevertheless, according to the above information, the rear facet angle determines the light exit angle; for example, glass cuts with 7 corners and 400 at 22 in FIG. 1 or with 5 corners and 28.5 ° at 21 in Fig. 1 the same exit angle of -32.60.

Als Materialien werden beispielsweise angegeben : Material Brechungsindex Winkel der Totalreflexion Zirkon 1.93 - 1.99 30°39' YAG (Yttrium Aluminium Granat) 1.833 33°3' (synthetic) Monticellit 1.79 - 1.84 33°30' Korund 1.76 - 1.77 34°30' Feldspat 1.52 - 1.53 40°54' Tansantt Glas 1.50 41°48' Glas 1.90 31°45' In Fig. 1 liegt für Glas der Rückfacettenwinkel von 28,5° auf der Stelle 21 und der Rückfacettenwinkel von 40° auf der Stelle 22 an der Linie 31, die den Bereich 13 nach unten begrenzt.The following materials are specified, for example: material refractive index Total reflection angle zircon 1.93 - 1.99 30 ° 39 'YAG (yttrium aluminum garnet) 1.833 33 ° 3 '(synthetic) Monticellite 1.79 - 1.84 33 ° 30' Corundum 1.76 - 1.77 34 ° 30 ' Feldspar 1.52 - 1.53 40 ° 54 'Tansantt glass 1.50 41 ° 48' Glass 1.90 31 ° 45 'In Fig. 1 For glass, the rear facet angle of 28.5 ° is at position 21 and the rear facet angle of 40 ° at the point 22 on the line 31, which delimits the area 13 downwards.

An der Linie 31 ist dann der günstigste Lichtaustrittswinkel an der Ordinate 9 abzulesen.The best light exit angle is then on line 31 Ordinate 9 can be read off.

Die entsprechende Linie für den Bereich 14, YAG, ist mit 32 bezeichnet und schneidet die Ordinate 9 am Lichtaustrittswinkel #"' um 28,6°. Dabei ergibt sich an der Stelle 23 ein Rückfacettenwinkel von 46,5°. Die Stelle 24 bezeichnet im Bereich 15, Zirkon, den Rückfacettenwinkel 42,8°, wobei sich bei der gewählten Eckenzahl der Austrittswinkel #"' am Schnit@-punkt der Linie 33 mit der Ordinate 9 ablesen lässt.The corresponding line for region 14, YAG, is designated by 32 and intersects the ordinate 9 at the light exit angle # "'by 28.6 ° At the point 23 there is a rear facet angle of 46.5 °. The point 24 denotes in the area 15, zirconium, the rear facet angle 42.8 °, with the chosen Number of corners of the exit angle # "'at the intersection @ point of the line 33 with the ordinate 9 can be read.

In Pig. 5 werden die besonderen Verhältnisse für das Material YAG nun besonders erläutert. Fig. 5 enthält praktisch zwei Diagramme, die von einer Abszisse 34 Ruf der entsprechend der Teilung auf der Linie 35 ein innerer Einfallswinkel # von 0 bis 900 aufgetragen ist. Der Ordina-tenabschnitt 36 enthält von der Abszisse 34 nach oben von 0 bis 100 die Prozente des Reflexionsgrades r an der GrenzflKche Luft/Material, d.h. im vorliegenden Falle YAG, und der Abschnitt 37 von oben nach unten von 100 bis O « die Werte der Durchlässigkeit d an der Grenzfläche Luft/Material, d.h. TAG und an der Grenzfläche Material/Luft mit der Abszisse 38; denn der Lichtaustrittswinkel #"' ist auf der Abszisse )8 angegeben.In Pig. 5 the special conditions for the material YAG now specifically explained. Fig. 5 contains practically two diagrams, which of one The abscissa 34 represents an inner angle of incidence corresponding to the division on the line 35 # from 0 to 900 is applied. Ordinary section 36 contains from the abscissa 34 upwards from 0 to 100 the percent of the reflectance r at the air / material interface, i.e. in the present case YAG, and the section 37 from top to bottom from 100 to 0 «are the values of the permeability d at the interface Air / material, i.e. TAG and at the material / air interface with the abscissa 38; because the light exit angle # "'is indicated on the abscissa) 8.

Die Werte ftlr den Reflexionsgrad r und Durchlässigkeit d sind Jeweils so bezeichnet, wobei Jedoch auch dieKomponentenzerlegung angegeben ist, indem ru und dai die zur Ein- bzw.The values for the reflectance r and transmittance d are respectively so designated, however, the decomposition of components is also given by ru and that the for entry or

Austrittsebene parallele Komponente der Vektoren r und d darstellen, während die Kurven r, und d, die zu den Ebenen senkrechten Komponenten der Vektoren angeben.The exit plane represent parallel components of the vectors r and d, while the curves r, and d, the components of the vectors perpendicular to the planes indicate.

Das Diagramm stellt den Reflexionsgrad r und die Durchlässigkeit d über dem Einfallswinkel £ nach den FRESNEL'schen Formeln für das Material YAG (Yttrium Aluminium Granat) dar.The diagram represents the reflectance r and the transmittance d over the angle of incidence £ according to FRESNEL's Formulas for that Material YAG (Yttrium Aluminum Garnet).

Der Brechungsindex von TAG ist: n = 1.8334 Beim Einfallswinkel # = 0° gilt : n - 1 r = # #2 = 8,65 % n + 1 4 n d = # #2 = 91,35 %.The index of refraction of TAG is: n = 1.8334 at the angle of incidence # = 0 ° applies: n - 1 r = # # 2 = 8.65% n + 1 4 n d = # # 2 = 91.35%.

n + 1 Der Grenzwinkel der Totalreflexion ist:#o"'= arcain (1/n) = 33,05° Das entspricht dem Punkt 29 in Fig. 2. Entsprechend ergeben sich für andere Materialien die Punkte 28 für Zirkon und 30 für Glas.n + 1 The critical angle of total reflection is: #o "'= arcain (1 / n) = 33.05 ° This corresponds to point 29 in Fig. 2. The same results for others Materials the points 28 for zircon and 30 for glass.

Die übrigen Werte des Diagramms wurden nach den FRESNEL'schen Formeln berechnet r = tg2 (# - #) / tg2 (# + #) r = sin2(# - #) /sin2 (# + #) r@ + r@ = r 2 d = sin2 (#) sin2 (#)/sin2 (# + #) cos2 (# - #) d = sin2 (#) sin2 (#)/sin2 (# + #).The other values in the diagram were based on FRESNEL's formulas calculates r = tg2 (# - #) / tg2 (# + #) r = sin2 (# - #) / sin2 (# + #) r @ + r @ = r 2 d = sin2 (#) sin2 (#) / sin2 (# + #) cos2 (# - #) d = sin2 (#) sin2 (#) / sin2 (# + #).

Dabei ergibt sich aus Fig. 3, dass # der äussere senkrechte Einfallswinkel ist.It can be seen from FIG. 3 that # is the outer perpendicular angle of incidence is.

Für das Material YAG ergibt sich aus Fig. 5, dass an der Stelle Einfallswinkel # = arctg n = 61,39° die parallele Komponente des Lichtes ungehindert in das Material eintritt, wobei der Reflexionsgrad 0 und die Durchlässigkeit 100 % ist. Dies entspricht, wie an der Linie 38 abzulesen ist, dem Lichtaustrittswinkel #"' = 28.61°. Das entspricht für den Bereich 14 in Fig. 1 für das Material YAG dem Schnittpunkt der Linie 32 mit der Ordinate 9, so dass aus Fig. 1 ersichtlich ist, wie in Abhängigkeit von der Eckenzahl und vom Rückfacettenwinkel ein vorteilhafter Schliff gewählt werden kann. Abzulesen ist ein solcher Schlifr für die Eckenzahl 9 beispielsweise an der Stelle 23.For the material YAG, FIG. 5 shows that the angle of incidence at the point # = arctg n = 61.39 ° the parallel component of light unhindered enters the material, where the reflectance is 0 and the transmittance is 100 % is. As can be seen on line 38, this corresponds to the light exit angle # "'= 28.61 °. This corresponds to the area 14 in FIG. 1 for the material YAG Intersection of line 32 with ordinate 9, so that it can be seen from FIG. 1, as depending on the number of corners and the rear facet angle an advantageous one Cut can be chosen. Such a cut can be read off for the number of corners 9 for example at position 23.

Durch die in Fig. 5 gezeigte Komponentenzerlegung lässt sich dabei durch die Berührung der Kurven r" und d" mit der Abnzisse 34 der günstigste Arbeitspunkt für das Jeweilige Na.The breakdown of components shown in FIG. 5 allows the most favorable working point due to the contact of the curves r ″ and d ″ with the abscissa 34 for the respective Na.

terial bestimmen, wobei die Werte mit den angegebenen Formeln ermittelt werden. Bei dem inneren,Austrittswinkel von 28,610 ergibt sich gemäss Fig. 3 aussen ein maximaler Auffiederungswinkel ß Die Linien 31, 32, 33 in Fig. 1 zeigen Jeweils die Lage des maximalen Arbeitspunktes, wobei zur Einhaltung des Arbeitspunktes andere Werte wie Rückfacettenwinkel und Eckenzahl in Abhängigkeit voneinander veränderbar sind.determine the material, the values being determined using the formulas given will. At the inner, exit angle of 28.610, according to FIG. 3, the result is outer the lines 31, 32, 33 in FIG. 1 each show the position of the maximum working point, with others to maintain the working point Values such as rear facet angle and number of corners can be changed depending on one another are.

Fig. 5 erläutert die Zusammenhänge für ein Material, und zwar für YAG. Für andere Materialien können entsprechende Kurven aufgestellt werden. Die Komponenten rlj und d" sind besonders wesentlich für den in Fig. 3 ebenfalls gezeigten Auffiederungswinkel ß .Fig. 5 explains the relationships for a material, namely for YAG. Corresponding curves can be set up for other materials. the Components rlj and d "are particularly essential to that also shown in FIG. 3 Auffiederungswinkel ß.

Claims (5)

PatentansprücheClaims 1. Transparenter Schmuckstein aus einem natürlichen oder synthetischen Material mit Brechungsindex n C 2,2 in einem Brillantschliff mit einer Rondiste, einer dazu parallelen Tafel und Ober- und Unterteilfacetten, dadurch gekennzeichnet, daß der ßrechungsindex des Steinmaterials, der Rückfacettenwinkel und eine ungerade Brillanttdlung einen Lichtaustrittswinkel von #"' = 16° < arc tg 1/n < für senkrecht auf die Tafel fallender Licht ergeben, wobei #"' der Lichtaustrittswinkel, n der Brechungsindex und #o"' der Grenzwinkel der Totalreflexion sind, wobei E den inneren Winkel bezeichnet.1. Transparent gem stone made of a natural or synthetic Material with refractive index n C 2.2 in a brilliant cut with a girdle, a table parallel to it and upper and lower part facets, characterized in that that the refractive index of the stone material, the back facet angle and an odd one Brillanttdlung a light exit angle of # "'= 16 ° <arc tg 1 / n <for result in light falling perpendicularly onto the board, where # "'is the light emission angle, n is the refractive index and #o "'is the critical angle of total internal reflection, where E denotes called inner angle. 2. Schmuckstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brillantteilung in Abhängigkeit von des Brechungsindex mit sich vermindernder Eckenzahl bei abnehmendem Brechungsindex gewählt wird.2. Gem according to claim 1, characterized in that the diamond graduation depending on the refractive index with decreasing number of corners with decreasing Refractive index is chosen. 3. Schmuckstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brechungsindex n = etwa 1,56 eine Eckenzahl 7, n = etwa 1,83 eine Eckenzahl 9, n . etwa 1,9 bis 2 eine Eckenzahl 9 gewählt wird.3. Gem according to claim 1, characterized in that at one Refractive index n = about 1.56 a corner number 7, n = about 1.83 a corner number 9, n . about 1.9 to 2 a corner number 9 is chosen. 4. Schmuckstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rückfacettenwinkel in der Größenordnung von 28,50 bei einem Material mit einem Brechungsindex unter 1,7 (Glas)eine kleinere ungerade Eckenzahl gewählt wird und die Rückseite des Steins verspiegelt ist.4. Gemstone according to one of claims 1 to 3, characterized in that that at a back facet angle on the order of 28.50 for one material with a refractive index below 1.7 (glass) a smaller, odd number of corners was chosen and the back of the stone is mirrored. 5. Schmuckstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfacettenwinkel (#) so gewählt ist, daß der Winkel des Lichtstrahles mit dem Lot auf die Rückfacette stets großer ist als der Totalreflexionswinkel für das betreffende Material und daß die Eckenzahl so gewählt ist, daß der Lichtaustrittswinkel (#"' ) des parallelen Lichtvektors durch den Brechungsindex des transparenten Naterials im wesentlichen mit tg ( fl) = 1/n bestimmt wird.5. Gemstone according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the rear facet angle (#) is chosen so that the angle of the light beam with the perpendicular to the rear facet is always greater than the total reflection angle for the material in question and that the number of corners is chosen so that the light exit angle (# "') of the parallel light vector through the refractive index of the transparent material is essentially determined with tg (fl) = 1 / n.
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WO1999007244A1 (en) * 1997-08-06 1999-02-18 Buerger Helmut Method for determining a high-reflection cut of a gem, method for cutting a high-reflection gem, and the cut high-reflection gem
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