DE102020124960A1

DE102020124960A1 - Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere hochauflösender Scheinwerfer

Info

Publication number: DE102020124960A1
Application number: DE102020124960.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Herold; Oliver Hetzel; Ingo Möllers; Martin Plümpe; Alberto Encinas; Florian Turkewitsch
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN116746280A; WO2022063769A1; US20230232511A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen hochauflösenden Scheinwerfer, aufweisend- ein Leuchtdiodenfeld (2) mit n LEDs (3) und mit einer einstellbaren Stromquelle (4) für jede LED (3),- wobei jede einstellbare Stromquelle (4) einen pulsweitenmodulierten Strom mit einer Impulshöhe zur Versorgung der zugeordneten LED (3) liefert,- ein Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) zum Steuern und/oder Regeln der Helligkeit der LEDs (3) des Leuchtdiodenfeldes (2),- wobei mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) wenigstens für jede einstellbare Stromquelle (4) ein Sollwert (22) für die Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes erzeugbar und bereitstellbar ist und- wobei mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) für jede LED (3) in Abhängigkeit von dem Sollwert (22) für die Impulshöhe der der LED (3) zugeordneten einstellbaren Stromquelle (4) ein Helligkeitswert festlegbar und in einem Videosignal codierbar und an einem Videosignalausgang (6) bereitstellbar ist,- wobei das Leuchtdiodenfeld (2) einen Videosignaleingang (7) aufweist, der mit dem Videosignalausgang (6) des Steuer- und/oder Regelungsmittels (5) verbunden ist und- wobei das Leuchtdiodenfeld (2) ein Mittel zum Decodieren (8) aufweist, das mit dem Videosignaleingang (7) verbunden ist und mit dem aus dem Videosignal für jede LED (3) der Helligkeitswert decodierbar ist und in einen Tastgrad umsetzbar ist, mit dem durch die der LED (3) zugeordneten einstellbaren Stromquelle (4) der pulsweitenmodulierte Strom mit der Impulshöhe gemäß dem für die Stromquelle durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) vorgegebenen Sollwert (22) erzeugbar ist,wobeidie Sollwerte (22) für die Impulshöhe des Stromes durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) ebenfalls in dem Videosignal codierbar sind und von dem Mittel zum

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen hochauflösenden Scheinwerfer, aufweisend ein Leuchtdiodenfeld mit n LEDs und mit einer einstellbaren Stromquelle für jede LED, wobei jede einstellbare Stromquelle einen pulsweitenmodulierten Strom mit einer Impulshöhe zur Versorgung der zugeordneten LED liefert, ein Steuer- und/oder Regelungsmittel zum Steuern und/oder Regeln der Helligkeit der LEDs des Leuchtdiodenfeldes, wobei mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel wenigstens für jede einstellbare Stromquelle ein Sollwert für eine Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes erzeugbar und bereitstellbar ist und wobei mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel für jede LED in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Impulshöhe der der LED zugeordneten einstellbaren Stromquelle ein Helligkeitswert festlegbar und in einem Videosignal codierbar und an einem Videosignalausgang bereitstellbar ist, wobei das Leuchtdiodenfeld einen Videosignaleingang aufweist, der mit dem Videosignalausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden ist und wobei das Leuchtdiodenfeld ein Mittel zum Decodieren aufweist, das mit dem Videosignaleingang verbunden ist und mit dem aus dem Videosignal für jede LED der Helligkeitswert decodierbar ist und in einen Tastgrad umsetzbar ist, mit dem durch die der LED zugeordneten einstellbaren Stromquelle der pulsweitenmodulierte Strom mit einer Impulshöhe gemäß dem für die Stromquelle durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel vorgegebenen Sollwert erzeugbar ist.
In modernen Kraftfahrzeugen ist es von Bedeutung eine Beleuchtungsvorrichtung, beispielsweise einen Scheinwerfer einzusetzen, der es ermöglicht eine gewünschte bzw. vorgebbare Lichtverteilung zu erzielen.
Dazu ist es notwendig, ausreichend starke Lichtquellen zu verwenden, mit denen die gewünschte Lichtverteilung überhaupt realisierbar ist. Eine gewünschte Lichtverteilung ist jedoch nicht alleine von einer starken Lichtquelle abhängig. Wichtig ist weiterhin, dass die Lichtquelle in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Helligkeitswerte aufweisen kann. Hierzu haben sich in der jüngeren Vergangenheit Leuchtdioden als vorteilhaft erwiesen, die in einer großen Anzahl zu Leuchtdiodenfeldern zusammengesetzt werden. Problematisch kann dabei jedoch bleiben, dass die Leichtdioden in dem Leuchtdiodenfeld nicht automatisch diejenige Lichtverteilung liefern, die gewünscht ist. Dementsprechend müssen die Helligkeitswerte in Bereichen der zu beleuchtenden Oberfläche den gewünschten Lichtverteilungen angepasst werden. Dazu ist es notwendig die Helligkeitswerte der Leuchtdioden zu reduzieren bzw. zu dimmen. Die gewünschten Helligkeitswerte der Leuchtdioden können beispielsweise über ein Videosignal an das Leuchtdiodenfeld übermittelt werden.
Eine Möglichkeit die Helligkeitswerte der Leuchtdioden zu beeinflussen ist die Pulsweitenmodulation, bei der durch getaktetes Ein- und Ausschalten der Leuchtdioden innerhalb einer Taktperiode die Helligkeitswerte angepasst werden. Dies wird üblicherweise bei einer gleichbleibenden Impulshöhe des Stromes durchgeführt.
Nachteilig an der beschriebenen Vorgehensweise ist, dass die Verluste bezogen auf die abgegebenen Helligkeitswerte der Leuchtdioden relativ hoch sind. Durch eine Verringerung der Impulshöhe des Stromes und einer Erhöhung des Tastgrades innerhalb einer Taktperiode kann bei gleichbleibenden Helligkeitswerten eine geringere Verlustleistung erreicht werden. Bei heutigen Beleuchtungsvorrichtungen kann eine Veränderung der Impulshöhe bei gleichzeitiger Veränderung der Tastgrade im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung nicht vorgenommen werden, da es zu Laufzeitunterschieden bei den Signalen für die Impulshöhe des Stromes und den Helligkeitswerten kommen kann. Die Signale werden über verschiedene Kanäle zu den Stromquellen übermittelt. Die Sollwerte für die Impulshöhen werden vom dem Steuer- und/oder Regelungsmittel direkt an die Stromquellen geliefert. Die Tastgrade werden als Helligkeitswerte in einem Videosignal übermittelt, dass decodiert werden muss. Diese Laufzeitunterschiede der Signale führen zu einer kurzzeitigen Veränderung der gewünschten Lichtverteilung.
An diesem Punkt setzt die Erfindung an.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem die Laufzeitunterschiede der Signale minimiert oder ganz aufgehoben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sollwerte für die Impulshöhe des Stromes durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel ebenfalls in dem Videosignal codierbar sind und von dem Mittel zum Decodieren ebenfalls aus dem Videosignal decodierbar sind und von den Stromquellen zum Einstellen der Höhe des Stroms, d.h. der Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes verwendbar sind.
Durch die Nutzung des Videosignals für die Übermittlung sowohl der Helligkeitswerte der einzelnen LED als auch der Impulshöhe des Stromes, liegen beide Signale am Videosignaleingang des Leuchtdiodenfeldes exakt gleichzeitig an und können von dem Mittel zum Decodieren verarbeitet werden. Die Signale sind durch die bildweise Übertragung im Videosignal synchronisiert. So ist es möglich eine Anpassung der Impulshöhe des Stromes vorzunehmen und gleichzeitig die aus den Helligkeitswerten ermittelten Tastgrade anzupassen. Die Lichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung kann bei dieser Vorgehensweise trotz der Veränderung der Tastgrade und Impulshöhen wie gewünscht erfolgen. Der Betrachter, der von außen die Lichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung sieht, erkennt die Anpassung der Impulshöhe des Stromes und der Tastgrade nicht. Insbesondere wird eine ganz kurzzeitige Änderung der Beleuchtung vermieden, die für den Betrachter als Flackern erscheinen würde.
Es kann vorgesehen sein, dass das Videosignal ein RGB-Signal ist. Bei der Nutzung eines Videosignals zur Übermittlung der Helligkeitswerte werden diese im Nutzbereich des Videosignals codiert. Es besteht die Möglichkeit, dass die Sollwerte für die Impulshöhe des Stromes im nichtgenutzen Bereich, d.h. dem Blanking-Bereich des Videosignals codiert sind.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die einstellbaren Stromquellen nach einem Master-Slave-Prinzip arbeiten, wobei mindestens eine der einstellbaren Stromquellen als Master die Impulshöhe und den Tastgrad des Stromes vorgibt und an die verbleibenden einstellbaren Stromquellen übermittelt.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ausgestattet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug wenigstens die nachfolgenden Schritte aufweist:

- das Steuer- und/oder Regelungsmittel erzeugt wenigstens für jede einer LED zugeordneten einstellbaren Stromquelle einen Sollwert für eine Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes und stellt diesen bereit und legt für jede LED in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Impulshöhe ein Helligkeitswert fest,
- das Steuer- und/oder Regelungsmittel codiert den Sollwert für die Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes und den Helligkeitswert für jede LED in einem Videosignal und stellt dieses an einem Videosignalausgang bereit,
- das Mittel zum Decodieren ist mit dem Videosignaleingang des Leuchtdiodenfeldes verbunden und decodiert aus dem Videosignal für jede LED der Helligkeitswert und setzt diesen in einen Tastgrad um,
- das Mittel zum Decodieren decodiert die Sollwerte für die Impulshöhe des Stromes und
- die einstellbaren Stromquellen verwenden dies zum Einstellen der Höhe des Stroms, d.h. der Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes.

Es besteht die Möglichkeit, dass bei gleichbleibenden Helligkeitswerten für jede LED des Leuchtdiodenfeldes eine zeitgleiche Veränderung der Sollwerte für die Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes und der Tastgrade erfolgt.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:

1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
2 einen schematischen Aufbau eines einzelnen Videobildes des Videosignals

Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst ein Leuchtdiodenfeld 2 aus fünf Reihenschaltungen. Jede Reihenschaltung umfasst eine Leuchtdiode 3 und eine einstellbare Stromquelle 4. Jede einstellbare Stromquelle 4 liefert einen pulsweitenmodulierten Strom mit einer Impulshöhe zur Versorgung der zugeordneten LED 3. Die Reihenschaltungen sind parallel geschaltet. Weiterhin umfasst das Leuchtiodenfeld 2 ein Mittel zum Decodieren 8, welches an seinem Ausgang mit jeder einstellbaren Stromquelle 4 verbunden ist.
Neben dem Leuchtdiodenfeld 2 umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 1 ein Steuer- und/oder Regelungsmittel 5. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 5 ist über einen Videoausgang 6 mit einem Videosignaleingang 7 des Leuchtdiodenfeldes und mit dem Mittel zum Decodieren 8 verbunden.
Mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 5 wird für jede einstellbare Stromquelle 4 ein Sollwert 22 für eine Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes erzeugt. Weiterhin wird mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 5 für jede LED 3 in Abhängigkeit von dem Sollwert 22 für die Impulshöhe der jeder LED 3 zugeordneten einstellbaren Stromquelle 4 ein Helligkeitswert festgelegt. Sowohl der Sollwert 22 für die Impulshöhe des Stromes als auch der Helligkeitswert für jede LED 3 werden in einem Videosignal codiert und an dem Videosignalausgang 6 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 5 bereitgestellt.
Das Mittel zum Decodieren 8 decodiert aus dem Videosignal für jede LED 3 den Helligkeitswert und setzt diesen in einen Tastgrad um. Ebenso werden die Sollwerte 22 für die Impulshöhe des Stromes von dem Mittel zum Decodieren 8 aus dem Videosignal decodiert. Sowohl die Tastgrade als auch die Sollwerte 22 für die Impulshöhe des Stromes werden an dem Ausgang des Mittels zum Decodieren bereitgestellt und von den einstellbaren Stromquellen 4 zum Einstellen der Höhe des Stroms, d.h. der Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes verwendet, der die jeweils zugeordnete Leuchtdiode 3 versorgt.
2 zeigt den schematischen Aufbau eines einzelnen Videobildes 9 des verwendeten Videosignals zur Übermittlung der Sollwerte 22 für die Impulshöhe des Stromes an das Leuchtdiodenfeld 2.
Das Videobild 9 hat eine totale Höhe 10 und eine totale Breite 11. Die totale Höhe 10 ist in vier Bereiche 13, 15, 17, 19 unterteilt. Der erste Bereich bezeichnet die aktive Höhe 13. An den ersten Bereich grenzen im unteren Bereich des Bildes der vertikale front porch 19 und im oberen Bereich des Bildes der vertikale back porch 17 an. Weiterhin grenzt an den vertikalen back porch 17 ein Bereich der vertikalen Synchronisation 15. Die totale Breite 11 ist ebenfalls unterteilbar in vier Bereiche 12, 14, 16, 18. Der erste Bereich bezeichnet die aktive Breite 12, diese wird im rechten Teil des Bildes von dem horizontalen front porch 18 und im linken Teil des Bildes von dem horizontalen back porch 16 umschlossen. An den horizontalen back porch 16 grenzt ein Bereich der horizontalen Synchronisation 14 an.
In dem von der aktiven Höhe 10 und der aktiven Breite 11 aufgespannten Bereich wird die Nutzinformation des Videosignals übermittelt. Dieser Bereich ist seinerseits unterteilbar in ein erstes Videoteilbild 20 und ein zweites Videoteilbild 21. Je Videoteilbild 20, 21 werden in 16383 Bildpunkten die Helligkeitswerte der einzelnen LED 3 codiert.
Außerhalb des von der aktiven Höhe 10 und der aktiven Breite 11 aufgespannten Bereiches befindet sich der nicht genutzte Bereich des Videobildes, der Blanking Bereich. Zu diesem Blanking-Bereich gehört auch der vertikale back porch 17, in dem die Sollwerte 22 für die Impulshöhe des Stromes übermittelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsvorrichtung
2: Leuchtdiodenfeld
3: Leuchtdiode
4: einstellbare Stromquellen
5: Steuer- und/oder Regelungsmittel
6: Videosignalausgang
7: Videosignaleingang
8: Mittel zum Decodieren
9: Videobild
10: totale Höhe
11: totale Breite
12: aktive Höhe
13: aktive Breite
14: Bereich der horizontalen Synchronisation
15: Bereich der vertikalen Synchronisation
16: horizontaler back porch
17: vertikaler back porch
18: horizontaler front porch
19: vertikaler front porch
20: erstes Viedeoteilbild
21: zweites Videoteilbild
22: Sollwert

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere hochauflösender Scheinwerfer, aufweisend - ein Leuchtdiodenfeld (2) mit n LEDs (3) und mit einer einstellbaren Stromquelle (4) für jede LED (3), - wobei jede einstellbare Stromquelle (4) einen pulsweitenmodulierten Strom mit einer Impulshöhe zur Versorgung der zugeordneten LED (3) liefert, - ein Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) zum Steuern und/oder Regeln der Helligkeit der LEDs (3) des Leuchtdiodenfeldes (2), - wobei mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) wenigstens für jede einstellbare Stromquelle (4) ein Sollwert (22) für die Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes erzeugbar und bereitstellbar ist und - wobei mit dem Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) für jede LED (3) in Abhängigkeit von dem Sollwert (22) für die Impulshöhe der der LED (3) zugeordneten einstellbaren Stromquelle (4) ein Helligkeitswert festlegbar und in einem Videosignal codierbar und an einem Videosignalausgang (6) bereitstellbar ist, - wobei das Leuchtdiodenfeld (2) einen Videosignaleingang (7) aufweist, der mit dem Videosignalausgang (6) des Steuer- und/oder Regelungsmittels (5) verbunden ist und - wobei das Leuchtdiodenfeld (2) ein Mittel zum Decodieren (8) aufweist, das mit dem Videosignaleingang (7) verbunden ist und mit dem aus dem Videosignal für jede LED (3) der Helligkeitswert decodierbar ist und in einen Tastgrad umsetzbar ist, mit dem durch die der LED (3) zugeordneten einstellbaren Stromquelle (4) der pulsweitenmodulierte Strom mit der Impulshöhe gemäß dem für die Stromquelle durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) vorgegebenen Sollwert (22) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte (22) für die Impulshöhe des Stromes durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) ebenfalls in dem Videosignal codierbar sind und von dem Mittel zum Decodieren (8) ebenfalls aus dem Videosignal decodierbar sind und von den einstellbaren Stromquellen (4) zum Einstellen der Höhe des Stroms, d.h. der Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes verwendbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Videosignal ein RGB-Signal ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte (22) für die Impulshöhe des Stromes im für die Helligkeitswerte nicht genutzten Bereich, d.h. dem Blanking-Bereich des Videosignals codiert sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbaren Stromquellen (4) nach einem Master-Slave-Prinzip arbeiten, wobei mindestens eine der einstellbaren Stromquellen (4) als Master die Impulshöhe des Stromes vorgibt und an die verbleibenden einstellbaren Stromquellen (4) übermittelt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem gleichbleibenden Helligkeitswert für jede LED (3) des Leuchtdiodenfeldes (2) eine zeitgleiche Veränderung der Sollwerte (22) für die Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes und der Tastgrade möglich ist.
Kraftfahrzeug mit einer Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren wenigstens die nachfolgenden Schritte aufweist: - das Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) erzeugt wenigstens für jede einer LED (3) zugeordneten einstellbaren Stromquelle (4) einen Sollwert (22) für eine Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes und stellt diesen bereit und legt für jede LED (3) in Abhängigkeit von dem Sollwert (22) für die Impulshöhe einen Helligkeitswert fest, - das Steuer- und/oder Regelungsmittel (5) codiert den Sollwert (22) für die Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes und den Helligkeitswert für jede LED (3) in einem Videosignal und stellt dieses an einem Videosignalausgang (6) bereit, - das Mittel zum Decodieren (8) ist mit dem Videosignaleingang (7) des Leuchtdiodenfeldes (2) verbunden und decodiert aus dem Videosignal für jede LED (3) den Helligkeitswert und setzt diesen in einen Tastgrad um, - das Mittel zum Decodieren (8) decodiert die Sollwerte (22) für die Impulshöhe des Stromes und - die einstellbaren Stromquellen (4) verwenden diese zum Einstellen der Höhe des Stroms, d.h. der Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichbleibenden Helligkeitswerten für jede LED (3) des Leuchtdiodenfeldes (2) eine zeitgleiche Veränderung der Sollwerte (22) für die Impulshöhe des pulsweitenmodulierten Stromes und der Tastgrade möglich ist.