FR2912225A1 - Light injecting device for automobile, has emitter injecting light whose axis is perpendicular to inclined surface, where average inclination angle of surface is equal to specific degrees of total internal reflection angle of light - Google Patents

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Abstract

The device has a light emitter (24) e.g. LED, for injecting light by an inclined surface (14) of projections (12). An average inclination angle of the inclined surface perpendicular to a surface of a transparent plate (10) is equal to - 90 degrees of a total internal reflection angle of light at a surface of a transparent plate while considering medium adjacent to the surface of the plate. A central emission axis of light from the emitter is perpendicular to the inclined surface though which the light is introduced.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'injection de lumière dansThe present invention relates to a light injection device in

une plaque de matière transparente, et un élément à source étendue de lumière, notamment une pièce d'habillage intérieur d'automobile. Plus précisément, elle concerne un dispositif d'injection de lumière destiné à coopérer avec une plaque intégrée à un élément formant une source de lumière étendue. On connaît déjà des dispositifs d'injection de lumière dans une plaque de matière transparente. Ainsi, le document EP-1 659 427 décrit un panneau de guidage de lumière qui possède une saillie ayant deux surfaces inclinées. Deux prismes sont associés chacun à l'une des surfaces inclinées de la saillie, et sont disposés entre une source de lumière et les surfaces inclinées de la saillie. La lumière de la source de lumière pénètre dans chaque prisme dans lequel elle subit deux réflexions internes totales avant de pénétrer dans la saillie par une surface inclinée, en direction inclinée par rapport à cette surface. Ce système est complexe, car il nécessite un montage précis des prismes et de la source de la lumière par rapport à la saillie, et un espace d'air doit être maintenu entre la saillie et les prismes. L'invention a pour objet un dispositif d'injection de lumière dans une plaque de matière transparente destinée à former une surface de lumière étendue, d'une manière simple et efficace, et qui peut être réalisé par des opérations de fabrication en grande série. Selon l'invention, la plaque est munie d'une saillie dont les parties de surface d'injection de lumière forment, avec une perpendiculaire à la surface de la plaque, un angle moyen au plus égal au complément à 90. de l'angle de réflexion interne totale de la lumière à la surface de la plaque, et un émetteur de lumière, tel qu'une diode photo-émissive, est disposé à proximité d'une surface inclinée de la saillie ; la direction et l'espacement de la diode par rapport à la surface inclinée présentent de grandes plages de tolérances, si bien que l'émetteur de lumière ou les émetteurs de lumière peuvent être simplement montés sur un support fixé simplement à la plaque, par exemple par un dispositif mécanique, notamment par pincement. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif d'injection de lumière dans une plaque de matière transpa-rente, du type qui comporte une saillie à surface inclinée par rapport à la plaque et au moins un émetteur de lumière destiné à injecter de la lumière par la surface inclinée de la saillie ; selon l'invention, l'angle moyen d'inclinaison de la partie de surface inclinée de la saillie par laquelle est introduite la lumière de l'émetteur de lumière avec la perpendiculaire à la surface de la plaque est au plus égal au complément à 90' de l'angle de réflexion interne totale de la lumière à la surface la plaque, compte tenu des milieux adjacents aux surfaces de la plaque, et l'axe central d'émission de lumière de l'émetteur de lumière est sensiblement perpendiculaire à la partie de surface inclinée de la saillie par laquelle est introduite la lumière. De préférence, l'émetteur de lumière est monté sur un organe plan, et le dispositif d'injection comporte un sup- port destiné à être fixé à la plaque et supportant l'organe plan. De préférence, le support comporte deux organes plans munis d'un émetteur de lumière. Dans un mode de réalisation, la saillie est formée en 25 une seule pièce avec la plaque. Dans un autre mode de réalisation, la saillie est rapportée à la surface de la plaque. Par exemple, la saillie est collée à la surface de la plaque par une colle optique. De préférence, la saillie comporte au moins deux sur- 30 faces inclinées, et un émetteur de lumière coopère avec chaque surface inclinée de la saillie. De préférence, la saillie a une forme de tronc de pyramide. Dans une variante très avantageuse, la saillie a une 35 forme de segment de cylindre de section circulaire. De cette manière, le faisceau divergent provenant de l'émetteur de lumière peut subir une réfraction par le dioptre cylindrique formé par la surface ; ainsi, ce faisceau conique peut être au moins partiellement collimaté dans un plan contenant la direction d'épaisseur de la plaque. Une plus grande partie de la lumière injectée est alors disponible. L'invention concerne aussi un élément à source étendue de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de matière transparente comprenant au moins deux dispositifs d'injection de lumière selon l'un des paragraphes précédents. De préférence, l'élément constitue une pièce d'habil-10 lage intérieur d'automobile. Comme la saillie, qui a avantageusement une forme de tronc de pyramide, est formée soit par moulage avec la plaque, soit par insertion ou collage optique à la plaque, sa réalisation peut être peu coûteuse. 15 Comme les plages de tolérances de réglage de la direction et de l'espacement de chaque émetteur de lumière par rapport à la surface inclinée associée sont grandes, un ou plusieurs émetteurs de lumière peuvent être montés sur un même support très simple qui peut être fixé de toute manière 20 convenable à la plaque ou un support associé à celle-ci, de préférence mécaniquement, par pincement, par rivetage, etc. Ainsi, les supports, les émetteurs de lumière et leurs organes de support, et les saillies peuvent être réalisés simplement et en grande quantité sans respect de tolérances 25 serrées. Un autre avantage de l'invention, concernant un élément, par exemple d'habillage intérieur d'automobile, destiné à former une source étendue de lumière, est que les dispositifs d'injection de lumière peuvent être disposés aux 30 emplacements voulus d'une manière très simple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 35 les figures lA et 1B sont des coupes schématiques d'un support d'émetteurs de lumière et d'une plaque de matière transparente respectivement d'un dispositif d'injection de lumière selon l'invention ; la figure 2 représente pratiquement un dispositif d'injection de lumière formé par des éléments analogues à ceux qui sont représentés sur les figures lA et 1B ; la figure 2A représente une variante de forme de saillie ; la figure 3 représente un autre mode de réalisation de dispositif d'injection de lumière selon l'invention ; et la figure 4 représente la face cachée d'un élément d'habillage intérieur d'automobile comprenant plusieurs saillies sur une plaque destinée à former une source étendue de lumière. Les figures lA et 1B représentent les deux principaux éléments d'un dispositif d'injection de lumière selon l'invention.  a plate of transparent material, and an element with extended light source, in particular an automobile interior trim part. More specifically, it relates to a light injection device for cooperating with a plate integrated in an element forming an extended light source. Light injection devices are already known in a plate of transparent material. Thus, EP-1 659 427 discloses a light guide panel which has a projection having two inclined surfaces. Two prisms are each associated with one of the inclined surfaces of the projection, and are disposed between a light source and the inclined surfaces of the projection. The light of the light source enters each prism in which it undergoes two total internal reflections before entering the projection by an inclined surface, in a direction inclined with respect to this surface. This system is complex because it requires precise mounting of the prisms and light source relative to the protrusion, and an air gap must be maintained between the protrusion and the prisms. The invention relates to a light injection device in a plate of transparent material intended to form an extended light surface, in a simple and effective manner, and which can be achieved by mass production operations. According to the invention, the plate is provided with a projection whose light-injecting surface portions form, with a perpendicular to the surface of the plate, a mean angle at most equal to the complement at 90.degree. total internal reflection of light at the surface of the plate, and a light emitter, such as a photo-emitting diode, is disposed near an inclined surface of the projection; the direction and spacing of the diode with respect to the inclined surface has large tolerance ranges, so that the light emitter or the light emitters can be simply mounted on a support simply attached to the plate, for example by a mechanical device, in particular by pinching. More specifically, the invention relates to a light injection device in a plate of transparent material, of the type which comprises a surface-inclined projection with respect to the plate and at least one light emitter for injecting light. by the inclined surface of the projection; according to the invention, the average angle of inclination of the inclined surface portion of the projection through which the light of the light emitter is introduced with the perpendicular to the surface of the plate is at most equal to the complement of 90 of the total internal reflection angle of the light at the plate surface, taking into account the media adjacent to the plate surfaces, and the central light emitting axis of the light emitter is substantially perpendicular to the part of the inclined surface of the projection through which the light is introduced. Preferably, the light emitter is mounted on a planar member, and the injection device comprises a support intended to be fixed to the plate and supporting the planar member. Preferably, the support comprises two planar bodies provided with a light emitter. In one embodiment, the projection is formed in one piece with the plate. In another embodiment, the projection is attached to the surface of the plate. For example, the projection is glued to the surface of the plate by an optical glue. Preferably, the projection has at least two inclined surfaces, and a light emitter cooperates with each inclined surface of the projection. Preferably, the projection has a truncated pyramid shape. In a very advantageous variant, the projection has the shape of a cylinder segment of circular section. In this way, the diverging beam from the light emitter may be refracted by the cylindrical diopter formed by the surface; thus, this conical beam can be at least partially collimated in a plane containing the thickness direction of the plate. More of the injected light is then available. The invention also relates to an extended light source element, characterized in that it comprises a plate of transparent material comprising at least two light injection devices according to one of the preceding paragraphs. Preferably, the element constitutes an automobile interior cleaning part. As the protrusion, which preferably has a shape of pyramid trunk, is formed either by molding with the plate, or by insertion or optical bonding to the plate, its realization can be inexpensive. Since the range of adjustment tolerances of the direction and spacing of each light emitter relative to the associated inclined surface are large, one or more light emitters can be mounted on the same very simple support which can be fixed. anyway suitable for the plate or a support associated therewith, preferably mechanically, by pinching, riveting, etc. Thus, the supports, the light emitters and their supporting members, and the projections can be made simply and in large quantities without respecting tight tolerances. Another advantage of the invention, relating to an element, for example an automobile interior trim, intended to form an extended light source, is that the light injection devices can be arranged at the desired locations of a light source. very simple way. Other characteristics and advantages of the invention will be better understood on reading the following description of exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which: FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sections of FIG. support of light emitters and a plate of transparent material respectively of a light injection device according to the invention; Figure 2 is a substantially light injection device formed by elements similar to those shown in Figures 1A and 1B; Figure 2A shows an alternative projection shape; FIG. 3 represents another embodiment of a light injection device according to the invention; and Fig. 4 shows the hidden side of an automobile interior trim element comprising a plurality of protrusions on a plate intended to form an extended source of light. FIGS. 1A and 1B represent the two main elements of a light injection device according to the invention.

La figure 1B représente une plaque 10 de matière transparente, d'épaisseur constante sauf au niveau d'une saillie 12 en tronc de pyramide. Cette saillie a des faces 14 qui sont inclinées. Cette inclinaison est déterminée selon l'invention, comme indiqué dans la suite.  Figure 1B shows a plate 10 of transparent material, of constant thickness except at a projection 12 truncated pyramid. This projection has faces 14 which are inclined. This inclination is determined according to the invention, as indicated below.

Des organes 16 de fixation, représentés sous forme de goujons munis de pinces, sont tournés du côté d'un support 18 destiné à venir coopérer avec les organes de fixation 16 par des flasques de fixation 20. Le support 18 porte deux organes 24 de support d'un 25 émetteur de lumière 24, chaque organe 22 étant par exemple une carte de circuit imprimé. La figure 2 indique la disposition du support 18 sur la plaque 10 en position de fonctionnement. Chaque émetteur de lumière 24, constitué de préférence d'une diode photo- 30 émissive, a son axe central d'émission de lumière dirigé perpendiculairement à la surface inclinée 14 de la saillie 12. Selon l'invention, l'angle de la surface inclinée 14 avec la perpendiculaire à la surface de la plaque 10 est au 35 plus égal au complément à 90 de l'angle de réflexion interne totale de la lumière à la surface de la plaque 10. (l'angle de réflexion interne totale à une surface est formé entre le trajet du rayon lumineux et la perpendiculaire à la surface de réflexion). Cet angle dépend des indices de réfraction d'une part de la matière de la plaque et d'autre part du milieu transparent adjacent à la surface externe. Plus précisément, cet angle de réflexion interne totale de la lumière aux surfaces de la plaque 10 est défini par le fait que son cosinus est égal au rapport de l'indice de réfraction du milieu extérieur à la plaque 10 du côté de l'interface considérée et de l'indice de réfraction de la matière transparente de la plaque 10.  Fixing members 16, represented in the form of studs provided with clamps, are turned on the side of a support 18 intended to cooperate with the fastening members 16 by fixing flanges 20. The support 18 carries two support members 24 a light emitter 24, each member 22 being for example a printed circuit board. Figure 2 shows the arrangement of the support 18 on the plate 10 in the operating position. Each light emitter 24, preferably consisting of a photoemissive diode, has its central light emission axis directed perpendicular to the inclined surface 14 of the projection 12. According to the invention, the angle of the surface 14 at the perpendicular to the surface of the plate 10 is at most equal to the complement to 90 of the total internal reflection angle of the light at the surface of the plate 10. (the total internal reflection angle at a surface is formed between the path of the light beam and the perpendicular to the reflection surface). This angle depends on the refractive indices on the one hand of the material of the plate and on the other hand of the transparent medium adjacent to the external surface. More precisely, this total internal reflection angle of the light on the surfaces of the plate 10 is defined by the fact that its cosine is equal to the ratio of the refractive index of the external medium to the plate 10 on the interface side considered. and the refractive index of the transparent material of the plate 10.

La figure 2A représente une variante de la saillie de la figure 2 qui a une forme de segment de cylindre de section circulaire. Le faisceau divergent provenant de l'émetteur de lumière peut subir une réfraction par le dioptre cylindrique formé par la surface de la saillie 12'.  Fig. 2A shows a variant of the projection of Fig. 2 which has a cylindrical segment shape of circular section. The diverging beam from the light emitter may be refracted by the cylindrical diopter formed by the surface of the projection 12 '.

La lumière de l'émetteur 24, ayant la forme d'un faisceau conique est alors collimatée dans le plan du dessin, comme l'indiquent les rayons parallèles représentés. Une plus grande partie de la lumière injectée par l'émetteur est alors disponible.  The light of the transmitter 24, having the shape of a conical beam is then collimated in the plane of the drawing, as indicated by the parallel rays shown. A greater part of the light injected by the transmitter is then available.

La figure 3 représente un autre mode de réalisation dans lequel une saillie en tronc de pyramide 28 est collée à la surface de la plaque 26, par une colle optique, et est de préférence légèrement encastrée dans cette plaque, comme indiqué par la référence 30. La référence 32 désigne le trajet des rayons lumineux dans la saillie 28. Un support 34 ayant, dans ce mode de réalisation, une forme effilée, possède des flasques 36 de fixation à la plaque 26 (qui est représentée légèrement bombée) et délimite des rainures de logement des bords d'organes 38 de support d'émetteur de lumière 40. Les organes 38 de support sont par exemple des cartes de circuit imprimé. Les émetteurs de lumière 40 ont, par rapport aux faces inclinées de la saillie 28, la même disposition que les émetteurs 24 par rapport à la saillie 12. Le trajet des rayons 32 indique que la lumière est injectée dans la plaque 26 dans laquelle elle subit ensuite une réflexion interne totale.  FIG. 3 represents another embodiment in which a truncated pyramid projection 28 is glued to the surface of the plate 26, by an optical adhesive, and is preferably slightly embedded in this plate, as indicated by the reference 30. The reference 32 designates the path of the light rays in the projection 28. A support 34 having, in this embodiment, a tapered shape, has flanges 36 for fixing to the plate 26 (which is represented slightly curved) and delimits grooves for housing the edges of members 38 of light emitter carrier 40. The support members 38 are for example printed circuit boards. The light emitters 40 have, with respect to the inclined faces of the projection 28, the same arrangement as the emitters 24 with respect to the protrusion 12. The path of the spokes 32 indicates that the light is injected into the plate 26 in which it undergoes then a total internal reflection.

Bien que la figure 3 représente une saillie en tronc de pyramide, elle peut aussi avoir une forme de segment de cylindre de section circulaire, telle que représentée sur la figure 2A.  Although Figure 3 shows a truncated pyramid projection, it may also have a cylindrical segment shape of circular section, as shown in Figure 2A.

La figure 4 représente un exemple d'application du dispositif d'injection selon l'invention. Cette figure représente un élément 42 d'habillage intérieur ayant un support pratiquement rigide 44 formé d'une plaque transparente ayant des saillies 46, constituée par exemple de polycarbonate. La plaque 44 peut comporter une ouverture 48 de passage d'un accessoire, et des dispositifs 50 de fixation, par exemple par insertion de goujons dans des ouvertures d'un support. La figure 4 indique que plusieurs saillies 46 permettent le montage de plusieurs dispositifs d'injection de lumière. Chaque dispositif d'injection de lumière peut injecter de la lumière par une seule face inclinée, ou par deux, trois ou quatre faces inclinées, selon l'effet voulu. En outre, on note que les saillies 46 peuvent être disposées à tout emplacement voulu suivant la forme de l'élément à réaliser. On peut se rendre compte, d'après la figure 4, que le coût de l'élément réalisé avec les saillies 46 est peu différent de celui d'un élément réalisé sans saillies. En outre, les figures lA à 3 indiquent que des dispositifs d'injection robustes, peu coûteux et faciles à positionner peuvent être montés sur des saillies 46. En conséquence, il est possible de transformer la plaque 44 en une source étendue de lumière ayant la répartition voulue de lumière à l'intérieur.  FIG. 4 represents an example of application of the injection device according to the invention. This figure shows an element 42 of interior lining having a substantially rigid support 44 formed of a transparent plate having projections 46, consisting for example of polycarbonate. The plate 44 may comprise an opening 48 for the passage of an accessory, and fixing devices 50, for example by inserting studs into openings of a support. Figure 4 indicates that several projections 46 allow the mounting of several light injection devices. Each light injection device can inject light by a single inclined face, or by two, three or four inclined faces, depending on the desired effect. In addition, it is noted that the projections 46 may be arranged at any desired location according to the shape of the element to be produced. It can be seen from Fig. 4 that the cost of the element made with the protrusions 46 is little different from that of an element made without projections. In addition, FIGS. 1A-3 indicate that robust, inexpensive and easy-to-position injection devices can be mounted on projections 46. Accordingly, it is possible to transform the plate 44 into an extended light source having the desired distribution of light inside.

Les applications de tels éléments à l'habillage intérieur des automobiles sont nombreuses, et on peut citer notamment l'éclairage ambiant de différentes parties de l'habitacle d'une automobile pour les déplacements de nuit.  The applications of such elements to the interior trim of automobiles are numerous, and include the ambient lighting of different parts of the passenger compartment of an automobile for night travel.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de lumière dans une plaque (10, 26) de matière transparente, du type qui comporte une saillie {12, 28) à surface inclinée par rapport à la plaque (12, 28) et au moins un émetteur de lumière (24, 40) destiné à injecter de la lumière par la surface inclinée (14) de la saillie (12, 28), caractérisé en ce que l'angle moyen d'inclinaison de la partie de surface inclinée (14) de la saillie (12, 28) par laquelle est intro- duite la lumière de l'émetteur de lumière avec la perpendiculaire à la surface de la plaque (10, 26) est au plus égal au complément à 90' de l'angle de réflexion interne totale de la lumière à la surface la plaque (10, 26), compte tenu des milieux adjacents aux surfaces de la plaque, et l'axe central d'émission de lumière de l'émetteur de lumière (24, 40) est sensiblement perpendiculaire à la partie de surface inclinée de la saillie (12, 28) par laquelle est introduite la lumière.  A device for injecting light into a plate (10, 26) of transparent material, of the type which has a projection (12, 28) with a surface inclined with respect to the plate (12, 28) and at least one transmitter of light (24, 40) for injecting light through the inclined surface (14) of the projection (12, 28), characterized in that the average angle of inclination of the inclined surface portion (14) of the projection (12, 28) through which the light emitting the light emitter with the perpendicular to the surface of the plate (10, 26) is at most equal to the complement at 90 'of the internal reflection angle total of the light at the surface of the plate (10, 26), taking into account the media adjacent to the surfaces of the plate, and the central light emitting axis of the light emitter (24, 40) is substantially perpendicular to the inclined surface portion of the projection (12, 28) through which light is introduced. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur de lumière (24, 40) est monté sur un organe plan (22, 38), et le dispositif d'injection comporte un support (18, 34) destiné à être fixé à la plaque (10, 26) et supportant l'organe plan (22, 38).  2. Device according to claim 1, characterized in that the light emitter (24, 40) is mounted on a plane member (22, 38), and the injection device comprises a support (18, 34) for to be fixed to the plate (10, 26) and supporting the planar member (22, 38). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en 25 ce que le support {18, 34) comporte deux organes plans (22, 38) munis d'un émetteur de lumière (24, 40).  3. Device according to claim 2, characterized in that the support (18, 34) comprises two planar members (22, 38) provided with a light emitter (24, 40). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la saillie (12) est formée en une seule pièce avec la plaque (10). 30  4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the projection (12) is formed in one piece with the plate (10). 30 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la saillie (28) est rapportée à la surface de la plaque (26).  5. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the projection (28) is attached to the surface of the plate (26). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la saillie (28) est collée à la surface de la plaque 35 (26) par une colle optique.  6. Device according to claim 5, characterized in that the projection (28) is glued to the surface of the plate 35 (26) by an optical adhesive. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la saillie (12, 28) comporte au moins deux surfaces planes inclinées, et unémetteur de lumière (24, 40) coopère avec chaque surface plane inclinée de la saillie (12, 28).  7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the projection (12, 28) comprises at least two inclined plane surfaces, and a light emitter (24, 40) cooperates with each inclined flat surface of the projection ( 12, 28). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la saillie (12, 28) a une forme 5 de segment de cylindre de section circulaire.  8. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the projection (12, 28) has a cylindrical segment shape of circular section. 9. Elément à source étendue de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque (10, 26) de matière transparente comprenant au moins deux dispositifs d'injection de lumière selon l'une quelconque des revendications précé- 10 dentes.  9. Extended light source element, characterized in that it comprises a plate (10, 26) of transparent material comprising at least two light injection devices according to any one of the preceding claims. 10. Elément selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il constitue une pièce d'habillage intérieur d'auto-mobile.  10. Element according to claim 9, characterized in that it constitutes a piece of interior trim of auto-mobile.
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