WO2017148764A1 - Lighting device, lighting method, and computer program - Google Patents

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WO2017148764A1
WO2017148764A1 PCT/EP2017/054034 EP2017054034W WO2017148764A1 WO 2017148764 A1 WO2017148764 A1 WO 2017148764A1 EP 2017054034 W EP2017054034 W EP 2017054034W WO 2017148764 A1 WO2017148764 A1 WO 2017148764A1
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light image
image
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PCT/EP2017/054034
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Alexander Gordon Wolf
Roland Johann LACHMAYER
Gerolf Kloppenburg
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Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
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    • G02B19/0066—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED in the form of an LED array

Definitions

  • the invention relates to an illumination device for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment of the illumination device in order to generate in the environment of the illumination device an output light image formed from light pixels.
  • the invention also relates to a corresponding method for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment and to a computer program for carrying out the method
  • Such lighting devices and lighting methods are e.g. known from the field of light projectors, in particular the video projectors (projectors).
  • projectors projectors
  • US 2015/0377442 A1 describes a pixel-by-pixel projection by means of a motor vehicle headlight.
  • An LED light source emits light into the environment via a DMD (Digital Micromirror Device) and downstream optics.
  • Such projection techniques are already known from the production of widescreen movies for cinemas.
  • the invention is therefore based on the object to provide a lighting device and a corresponding lighting method and a computer program in which the light distribution can be adapted to the particular needs of the application with little effort, the light distribution also in terms of brightness distribution.
  • This object is achieved by an illumination device for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the surroundings of the illumination device, in order to produce in the surroundings of the illumination device an output light image formed from light pixels, wherein the illumination device has the following:
  • At least one light-emitting device which has a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements for generating an original light image formed from light pixels
  • the optics formed as the originating light image optical recording is the uniformly large light pixels of the original light image recorded in unevenly large light pixels in the output light image, wherein the magnification between the output light image and the original light image on the amount of optically influenced light pixels of the light emitting device is nonuniform and at least by a factor - ⁇ 2 varies.
  • the invention has the advantage that with little technical and financial effort, the original light image of the light emitting device can be converted to a desired brightness distribution of the light in the output light image. For this, no complex intervention in the light emitting device or a light source coupled thereto is required. It can be used for this purpose, an optic having a plurality of optical elements.
  • the optics are deliberately designed as a distinctive look, in contrast to the corresponding approaches in video projectors or motor vehicle headlights. The optics registers evenly large light pixels of the original light image in unevenly sized light pixels in the output light image.
  • the light distribution can be varied significantly, especially in terms of brightness on the light influenced by the optics, for example, the brightness can predominantly in the central region of the output light image be concentrated.
  • a motor vehicle headlight in the form of a matrix headlight, which has a desired brightness distribution profile for motor vehicles, in which the brightness in the center of the output light image is increased in comparison to the edge regions.
  • a light emitting device with uniform Lichtabgabshellmaschine the individual light emitting pixel elements can be used.
  • other light emitting devices can be used, which already have a different distribution of the light emission brightness of the pixel elements.
  • the desired brightness distribution can be realized with a comparatively compact illumination device, which is advantageous in particular for vehicle applications.
  • the light efficiency is comparatively high.
  • the light emission device can be designed with or without its own light source.
  • the light emitting device may be formed, for example, as an LED matrix arrangement or matrix arrangement of other light sources.
  • the light emitting device may also be designed as a light manipulator such as a DMD or LCD.
  • the light-emitting device is then irradiated by a light source, which may be designed as an LED or other light source.
  • the DMD then reflects the light emitted therefrom by the light source to produce the output light image.
  • an LCD as a light emitting device cause the individual light emitting pixel elements depending on the control of a more or less strong interruption of the light rays from the light source.
  • Another advantage of the invention is thus its suitability for all currently known pixel-wise light emitting devices such as LED matrix, DMD and LCD.
  • the light emitting device can be configured to emit monochrome light and / or light with adjustable light color, in particular adjustable light color per light emitting pixel element.
  • the light-emitting device can be set up for stepless or fine-grained change in the brightness of the emitted light, in particular for pixel element-individual control of the brightness, or for a large-scale change in brightness, up to an on / off control.
  • the light emitting device may be configured to generate uniformly large light pixels of the original light image.
  • the light emitting device may also be configured to generate unevenly sized light pixels of the original light image.
  • the magnification may e.g. as the quotient between the light radiated from the optics and the light radiated into the optic, i. as a quotient of the pixel size of the output light image to the pixel size of the original light image.
  • the optical elements of the optic may e.g. be formed as one or more lenses, mirrors, diffractive optical elements and / or diffraction gratings.
  • the optics can in particular be set up to reproduce the light pixels with a smaller magnification in the middle of the image of the output image than in edge regions of the output light image. In this way, the brightness of the light output in the center of the image is increased. In addition, this leads to relatively small light pixels in the middle of the image of the output light image compared to the edge region, so that more individual pixels per unit area can be controlled individually in the middle of the image than in the edge region.
  • the possibilities are improved to project by means of the lighting device and information for the driver on the road or other facilities such as house walls or traffic signs. Again, the highest possible resolution is advantageous in the middle image area.
  • the optics is arranged to distort the light pixels of the original light image in the horizontal spatial direction, the uniformly large light pixels of the original light image in the horizontal spatial direction in unevenly large light pixels recorded in the output light image, and / or the optics for distortion of the light pixels of the original light image is arranged in the vertical spatial direction, the uniformly large light pixels of the original light image in the vertical spatial direction recorded in unevenly large light pixels in the output light image.
  • the desired concentration of brightness in the image center can be realized in one dimension (horizontal or vertical) or in two dimensions (horizontal and vertical) without changing the light pixels in terms of their angles.
  • the optics is set up for a rotationally symmetrical distortion of the original light image, in which the magnification between the output light image and the original light image changes depending on the distance of a light pixel from a reference point of the original light image.
  • the reference point may e.g. be the center of the original light image.
  • the optics is set up to uniformly convert large light pixels of the original light image towards the center of the light emission area into smaller light pixels in the output light image than in the edge region of the light emission area. This is suitable theticianseinnchtung in particular for use as motor vehicle headlights.
  • the optics is set up to distort the light pixels of the original light image in the output light image, so that rectangular and / or rectangular light pixels of the original light image are changed to non-rectangular and / or non-rectangular light pixels in the output light image.
  • the illumination device has a control device which is set up to control the light emitting device and, accordingly, for individual control of the individual light emitting pixel elements, wherein the control device is adapted via an interface data that a target image of light to be emitted to receive and to determine therefrom by means of a distortion correction means therefrom such corrected distortion control data for the light emitting device that the output light image reproduces the target image substantially distortion free.
  • the distortion correction device can also be set up to perform a corresponding brightness correction.
  • a distortion correction is performed not only with regard to the position of the light pixels, but additionally with regard to the brightness of the light pixels.
  • the distortion correction device may be implemented by hardware and / or software, eg a signal processor or a software module, which performs a corresponding distortion correction by means of a transformation matrix.
  • the transformation matrix or, in general, the distortion correction performed by the distortion correction device can be predefined for a specific optical system.
  • the distortion correcting means may perform the desired distortion correction due to a known redistribution characteristic of the optics. This characteristic can be deposited eg by means of empirical formulas or as a vector or matrix in the distortion correction device.
  • the optics has at least one optical collecting element and at least one optical distortion element, wherein the optical collecting element is arranged in the light beam path of the light emitting device in front of the optical distortion element.
  • the optical collection element has the advantage that light emission devices of virtually any type can be used, i. also those which do not have a particularly focused light emission, but e.g. have a relatively large angle of radiation.
  • the sharp image of the original light image in the output light image can be further improved with the optical collecting element.
  • a further optical element to be arranged in the light beam path of the light emission device behind the optical distortion element.
  • the illumination device is part of a motor vehicle headlight. Again, the advantages explained above can be achieved.
  • the object mentioned at the outset is further achieved by a method for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment by means of a lighting device in order to produce in the surroundings of the illumination device an output light image formed from light pixels, the illumination device comprising:
  • At least one light-emitting device which has a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements for generating an original light image formed from light pixels
  • a control device which controls the light emitting device and accordingly an individual Actuation of the individual light-emitting pixel elements performs, data describing a target light image of the light to be emitted, are supplied and determined by the control device from the supplied data under distortion of the target light image driving data for the light emitting device through which the light emitting device emits an original light image, compared to the Target image is recorded such that the magnification between the target light image and the original light image on the amount of the affected light pixels is non-uniform and at least to varies the factor - ⁇ 2.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a computer program with program code means set up to carry out a method of the previously described type when the computer program is executed on a computer.
  • the computer may be part of the control device of the illumination device, for example in the form of a microprocessor or microcontroller.
  • the computer program may be stored on a data carrier, eg in a memory of the control device.
  • Figure 6 the illumination device with an optic in a first embodiment
  • a lighting device for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment, with a light emitting device 1, an optical system 2 and a control device 4. Also shown is a light source 5, which may be provided as a separate component, if the light emitting device 1 is not already has an integrated light source.
  • the light-emitting device 1 has a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements 11, as shown in FIG.
  • the light emitted by the light emitting device 1 light 10 passes through the optics 2 and is emitted by this as radiated light 20 in the environment.
  • an output light image 3 is generated, which is derived from an original light image generated by the light emitting device 1.
  • the output light image 3 is not mapped on a plane level in all applications, eg in applications conditions of the illumination device in a motor vehicle headlight. To simplify the explanations, however, a projection of the output light image 3 in a plane plane is used here.
  • a separate light source 5 If a separate light source 5 is present, it radiates its light 50 onto the light-emitting device 1, which generates the light 10 emitted by it in accordance with the control of the individual light-emitting pixel elements 11.
  • the control device 4 is used to control the individually controllable light-emitting pixel elements 11 of the light-emitting device 1.
  • the control device 4 can be supplied with data via an interface 41, e.g. from a camera observing the environment, which describe a target image of the light to be emitted (desired image).
  • a distortion correction device 40 can be implemented in the control device 4 which corrects the data of the target light image received via the interface 41 with regard to the distortion to be expected by the optical system 2 and correspondingly distortion-corrected control data to the light emitting device 1 emits. In this way, the output light image 3 can be generated such that the target image is reproduced substantially without distortion.
  • FIG. 2 shows the light-emitting device 1 in plan view, so that the matrix structure of the individual, individually controllable light-emitting pixel elements 11 is recognizable. These are formed in the exemplary representation chosen here with identical size. However, the invention is also suitable for light-emitting devices with light-emitting pixel elements having different sizes exhibit.
  • the illustration according to FIG. 2 also shows the original light image 12 generated by the light emission device 1 with its light pixels 13, which corresponds to the pattern of the light emission pixel elements 11.
  • the optics 2 can be designed differently depending on the application. Accordingly, the light pixels 13 of the original light image 2 are differently converted into the output light image 3.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which a one-dimensional Cartesian redistribution of the light pixel size and its brightness takes place by means of the optics 2. Shown is an output light image 3 with light pixels 31, in which the distortion takes place only in the horizontal spatial direction, i. uniformly large light pixels of the original light image are recorded in unevenly sized light pixels 31 in the horizontal spatial direction.
  • a suitable optical system can be realized by optical elements that are curved in one direction only, so that the output light image 3 is distorted in one direction only, here the x-direction. To obtain a sharp image in the original light image, e.g.
  • magnification in this example depends only on a spatial coordinate, e.g. the y-coordinate or, as shown in Figure 3, of the x-coordinate.
  • FIG. 4 shows a two-dimensional Cartesian redistribution of the light pixels in the output light image 3.
  • a redistributing optical element curved in a spatial direction is used in each case. It is also possible to share single or all optical elements of the optics for both spatial directions.
  • the magnification is a function of x and y. It is not mandatory that the axes x and y in the output light image are perpendicular to each other.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which a redistribution of the brightness and the resolution to the center of the output light image is generated by the optics.
  • the Brightness generated in this case can be reciprocally proportional to the size of a light pixel 31 shown here in the case of a homogeneously illuminating light-emitting device 1.
  • the optical system used for this purpose causes a rotationally symmetrical distortion of the original light image to the output light image.
  • the magnification is dependent on the distance from the center of the image, ie the respective radius.
  • FIG. 6 shows the illumination device in a view from above, i. perpendicular to the x-axis. Recognizable are the spatial directions y and z.
  • the light 10 emitted from the light emitting pixel elements 11 of the light emitting device 1 is transmitted through an optical collecting element, e.g. a converging lens 21, initially bundled again. This would initially result in an unrecognized image of the original light image 12, as represented by the pixels 25.
  • an optical collecting element e.g. a converging lens 21
  • This imaginary intermediate image plane is distorted as shown by the pixels 24.
  • the illustrated optical elements 21, 22, 23 may each also be implemented as a plurality of individual optical elements, e.g. Lenses, be formed.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the illumination device with another embodiment of the optics 2.
  • the optical collection element 21 is again recognizable.
  • This is an optical distortion element 22 in the light beam path, e.g. a recording lens, downstream of which the light is emitted to form the output light image 3.
  • the optical distortion element 22 is in this case formed as an element which combines the functions of the optical elements 22, 23 according to FIG.

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Abstract

The invention relates to a lighting device for the emission of light into the surroundings of the lighting device pixel by pixel such that individual pixels are controllable in order to generate an output light image (3) which is made of light pixels (31) in the surroundings of the lighting device. The lighting device has the following: a) at least one light-emitting device (1) which has a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements (11) for generating an original light image (12) made of light pixels (13), and b) at least one optical system (2) with multiple optical elements (21, 22, 23) in the light beam path from the light-emitting device (1) to the light (20) emitted into the surroundings, wherein the original light image (12) generated by the light-emitting device (1) is converted into the output light image (3) by the optical elements (21, 22, 23). The invention is characterized in that c) the optical system (2) is designed as an optical system which distorts the original light image (12), said optical system distorting equally large light pixels (13) of the original light image (12) into light pixels (31) of different sizes in the output light image (3). The imaging scale between the output light image (3) and the original light image (12) is not uniform and varies at least by the factor (I) over the quantity of light pixels (13) of the original light image (12) influenced by the optical system (2).

Description

Beleuchtungseinrichtung und Beleuchtungsverfahren sowie Computerprogramm  Lighting device and lighting method and computer program
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zur pixelweisen, pixelindividuell steuerbaren Lichtabstrahlung in die Umgebung der Beleuchtungseinrichtung, um in der Umgebung der Beleuchtungseinrichtung ein aus Lichtpixeln gebildetes Ausgangslichtbild zu erzeugen. Die Erfindung betrifft außerdem ein dementspre- chendes Verfahren zur pixelweisen, pixelindividuell steuerbaren Lichtabstrahlung in die Umgebung sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens The invention relates to an illumination device for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment of the illumination device in order to generate in the environment of the illumination device an output light image formed from light pixels. The invention also relates to a corresponding method for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment and to a computer program for carrying out the method
Derartige Beleuchtungseinrichtungen und Beleuchtungsverfahren sind z.B. aus dem Bereich der Lichtprojektoren bekannt, insbesondere der Videoprojektoren (Beamer). Es gibt außerdem Bestrebungen, eine pixelweise Beleuchtung im Bereich der Kraftfahrzeuge für Frontscheinwerfer einzuführen. So wird in der US 2015/0377442 A1 eine pixelweise Projektion mittels eines Kraftfahrzeugfrontscheinwerfers beschrieben. Aus einer LED-Lichtquelle wird über ein DMD (Digital Micromirror Device) sowie eine nachgeordnete Optik Licht in die Umgebung abgestrahlt. Die Optik dient dort dazu, einen besonders breiten Ausleuchtungsbereich bei relativ geringer Ausleuchtungshöhe zu erzeugen, wozu dort der Einsatz einer anamorphischen asphärischen Linse vorgeschlagen wird. Derartige Projektionstechniken sind bereits aus der Erzeugung von Breitwand-Spielfilmen für Kinos bekannt. Such lighting devices and lighting methods are e.g. known from the field of light projectors, in particular the video projectors (projectors). There are also efforts to introduce a pixel-by-pixel illumination in the field of motor vehicles for headlights. Thus, US 2015/0377442 A1 describes a pixel-by-pixel projection by means of a motor vehicle headlight. An LED light source emits light into the environment via a DMD (Digital Micromirror Device) and downstream optics. The optics there serves to produce a particularly wide illumination range at a relatively low illumination height, for which purpose the use of an anamorphic aspherical lens is proposed there. Such projection techniques are already known from the production of widescreen movies for cinemas.
Die bekannten Vorschläge führen jedoch häufig nicht zu dem erwünschten Lichtverteilungsverhalten des in die Umgebung abgestrahlten Lichts. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung und ein entsprechendes Beleuchtungsverfahren sowie ein Computerprogramm anzugeben, bei denen mit wenig Aufwand die Lichtverteilung auch hinsichtlich der Helligkeitsverteilung an die jeweiligen Bedürfnisse des Anwendungsfalls angepasst werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung zur pixelweisen, pi xelindividuell steuerbaren Lichtabstrahlung in die Umgebung der Beleuchtungseinrichtung, um in der Umgebung der Beleuchtungseinrichtung ein aus Lichtpixeln gebildetes Ausgangslichtbild zu erzeugen, wobei die Beleuchtungseinrichtung folgendes aufweist: However, the known proposals often do not lead to the desired light distribution behavior of the light emitted into the environment. The invention is therefore based on the object to provide a lighting device and a corresponding lighting method and a computer program in which the light distribution can be adapted to the particular needs of the application with little effort, the light distribution also in terms of brightness distribution. This object is achieved by an illumination device for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the surroundings of the illumination device, in order to produce in the surroundings of the illumination device an output light image formed from light pixels, wherein the illumination device has the following:
a) wenigstens eine Lichtabgabeeinrichtung, die eine Matrix aus individuell Steuer baren Lichtabgabe-Pixelelementen zur Erzeugung eines aus Lichtpixeln gebildeten Ursprungslichtbilds aufweist, a) at least one light-emitting device which has a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements for generating an original light image formed from light pixels,
b) wenigstens eine Optik mit mehreren optischen Elementen im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung zum in die Umgebung abgestrahlten Licht, wobei durch die optischen Elemente das von der Lichtabgabeeinrichtung erzeugte Ursprungslichtbild in das Ausgangslichtbild gewandelt ist, c) wobei die Optik als eine das Ursprungslichtbild verzeichnende Optik ausgebildet ist, die gleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds in ungleichmäßig große Lichtpixel im Ausgangslichtbild verzeichnet, wobei der Abbildungsmaßstab zwischen dem Ausgangslichtbild und dem Ursprungslichtbild über die Menge der von der Optik beeinflussten Lichtpixel der Lichtabgabeeinrichtung ungleichmäßig ist und wenigstens um den Faktor -^2 variiert. b) at least one optical system with a plurality of optical elements in the light beam path from the light emitting device to radiated light into the environment, wherein the optical light generated by the light emitting device originating image has been converted into the output light image, c) wherein the optics formed as the originating light image optical recording is the uniformly large light pixels of the original light image recorded in unevenly large light pixels in the output light image, wherein the magnification between the output light image and the original light image on the amount of optically influenced light pixels of the light emitting device is nonuniform and at least by a factor - ^ 2 varies.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit geringem technischen und finanziellen Aufwand das Ursprungslichtbild der Lichtabgabeeinrichtung an eine gewünschte Helligkeitsverteilung des Lichts im Ausgangslichtbild gewandelt werden kann. Hierfür ist kein aufwändiger Eingriff in die Lichtabgabeeinrichtung oder eine damit gekoppelte Lichtquelle erforderlich. Es kann hierfür eine Optik eingesetzt werden, die mehrere optische Elemente aufweist. Die Optik ist bewusst als verzeichnende Optik ausgebildet, im Gegensatz zu den entsprechenden Ansätzen bei Videoprojektoren oder Kraftfahrzeugscheinwerfern. Die Optik verzeichnet damit gleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds in ungleichmäßig große Lichtpixel im Aus gangslichtbild. Durch den ungleichmäßigen und wenigstens um den Faktor -^2 variierenden Abbildungsmaßstab kann die Lichtverteilung insbesondere hinsichtlich der Helligkeit über das von der Optik beeinflusste Licht wesentlich variiert werden, z.B. kann die Helligkeit überwiegend im zentralen Bereich des Ausgangslichtbilds konzentriert werden. Durch eine solche Optik kann bei gleichmäßiger Lichtab- strahlung der Lichtabgabeeinrichtung eine Verdoppelung der Helligkeit in einem Bereich des Ausgangslichtbilds im Vergleich zu einem anderen Bereich des Ausgangslichtbilds oder, je nach weiterer Ausgestaltung der Optik, eine weitere Veränderung der Helligkeit über den Faktor 2 hinaus erreicht werden. The invention has the advantage that with little technical and financial effort, the original light image of the light emitting device can be converted to a desired brightness distribution of the light in the output light image. For this, no complex intervention in the light emitting device or a light source coupled thereto is required. It can be used for this purpose, an optic having a plurality of optical elements. The optics are deliberately designed as a distinctive look, in contrast to the corresponding approaches in video projectors or motor vehicle headlights. The optics registers evenly large light pixels of the original light image in unevenly sized light pixels in the output light image. Due to the uneven and at least by the factor - ^ 2 varying magnification, the light distribution can be varied significantly, especially in terms of brightness on the light influenced by the optics, for example, the brightness can predominantly in the central region of the output light image be concentrated. By means of such an optics, with uniform light emission of the light emitting device, a doubling of the brightness in one region of the output light image compared to another region of the output light image or, depending on the further design of the optics, a further change of the brightness beyond the factor 2 can be achieved ,
Mittels der Erfindung ist es insbesondere mit wenig Aufwand möglich, einen Kraftfahrzeugscheinwerfer in Form eines Matrixscheinwerfers bereitzustellen, der ein für Kraftfahrzeuge gewünschtes Helligkeitsverteilungsprofil aufweist, bei dem die Helligkeit in der Mitte des Ausgangslichtbilds im Vergleich zu den Randbereichen verstärkt ist. Hierfür kann dennoch eine Lichtabgabeeinrichtung mit gleichmäßiger Lichtabgabehelligkeit der einzelnen Lichtabgabe-Pixelelemente eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch andere Lichtabgabeeinrichtungen eingesetzt werden, die bereits über eine unterschiedliche Verteilung der Lichtabgabehelligkeit der Pixelelemente verfügen. By means of the invention, it is possible, in particular with little effort, to provide a motor vehicle headlight in the form of a matrix headlight, which has a desired brightness distribution profile for motor vehicles, in which the brightness in the center of the output light image is increased in comparison to the edge regions. For this purpose, however, a light emitting device with uniform Lichtabgabshelligkeit the individual light emitting pixel elements can be used. Of course, other light emitting devices can be used, which already have a different distribution of the light emission brightness of the pixel elements.
Auf diese Weise lässt sich insbesondere die gewünschte Helligkeitsverteilung mit einer vergleichsweise kompakt ausgebildeten Beleuchtungseinrichtung realisieren, was insbesondere für Fahrzeuganwendungen vorteilhaft ist. Zudem ist der Licht- Wirkungsgrad vergleichsweise hoch. In this way, in particular the desired brightness distribution can be realized with a comparatively compact illumination device, which is advantageous in particular for vehicle applications. In addition, the light efficiency is comparatively high.
Die Lichtabgabeeinrichtung kann je nach Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung mit oder ohne eigene Lichtquelle ausgebildet sein. So kann die Lichtabgabeeinrichtung z.B. als LED-Matrixanordnung oder Matrixanordnung anderer Lichtquellen ausgebildet sein. Die Lichtabgabeeinrichtung kann auch als Lichtmanipulator wie z.B. ein DMD oder LCD ausgebildet sein. Im Falle eines DMD wird die Lichtabgabeeinrichtung dann von einer Lichtquelle, die als LED oder sonstige Lichtquelle ausgebildet sein kann, bestrahlt. Das DMD reflektiert dann das von der Lichtquelle darauf abgestrahlte Licht weiter, um das Ausgangslichtbild zu erzeugen. Im Fall eines LCD als Lichtabgabeeinrichtung bewirken die einzelnen Lichtabgabe-Pixelelemente je nach Ansteuerung eine mehr oder weniger starke Unterbrechung der Lichtstrahlen von der Lichtquelle. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht somit in ihrer Eignung für alle derzeit bekannten pixelweisen Lichtabgabeeinrichtungen wie LED-Matrix, DMD und LCD. Depending on the embodiment of the illumination device, the light emission device can be designed with or without its own light source. Thus, the light emitting device may be formed, for example, as an LED matrix arrangement or matrix arrangement of other light sources. The light emitting device may also be designed as a light manipulator such as a DMD or LCD. In the case of a DMD, the light-emitting device is then irradiated by a light source, which may be designed as an LED or other light source. The DMD then reflects the light emitted therefrom by the light source to produce the output light image. In the case of an LCD as a light emitting device cause the individual light emitting pixel elements depending on the control of a more or less strong interruption of the light rays from the light source. Another advantage of the invention is thus its suitability for all currently known pixel-wise light emitting devices such as LED matrix, DMD and LCD.
Die Lichtabgabeeinrichtung kann zur Abgabe monochromen Lichts und/oder Lichts mit einstellbarer Lichtfarbe eingerichtet sein, insbesondere einstellbarer Lichtfarbe je Lichtabgabe-Pixelelement. Die Lichtabgabeeinrichtung kann zur stufenlosen oder feinstufigen Veränderung der Helligkeit des abgegebenen Lichts eingerichtet sein, insbesondere zur Pixelelement-individuellen Steuerung der Helligkeit, oder zur grobstufigen Veränderung der Helligkeit, bis hin zu einer Ein-/Aus- Steuerung. Die Lichtabgabeeinrichtung kann dazu eingerichtet sein, gleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds zu erzeugen. Die Lichtabgabeeinrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, ungleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds zu erzeugen. The light emitting device can be configured to emit monochrome light and / or light with adjustable light color, in particular adjustable light color per light emitting pixel element. The light-emitting device can be set up for stepless or fine-grained change in the brightness of the emitted light, in particular for pixel element-individual control of the brightness, or for a large-scale change in brightness, up to an on / off control. The light emitting device may be configured to generate uniformly large light pixels of the original light image. The light emitting device may also be configured to generate unevenly sized light pixels of the original light image.
Mittels einer solchen Optik ist es insbesondere möglich, im Ausgangslichtbild eine scharfe Abbildung des Ursprungslichtbilds zu erzeugen. Der Abbildungsmaßstab kann z.B. als Quotient zwischen dem aus der Optik abgestrahlten Licht zu dem in die Optik eingestrahlten Licht bestimmt sein, d.h. als Quotient der Pixelgröße des Ausgangslichtbilds zu der Pixelgröße des Ursprungslichtbilds. By means of such an optic, it is in particular possible to produce a sharp image of the original light image in the output light image. The magnification may e.g. as the quotient between the light radiated from the optics and the light radiated into the optic, i. as a quotient of the pixel size of the output light image to the pixel size of the original light image.
Die optischen Elemente der Optik können z.B. als eine oder mehrere Linsen, Spiegel, diffraktive optische Elemente und/oder Beugungsgitter ausgebildet sein. The optical elements of the optic may e.g. be formed as one or more lenses, mirrors, diffractive optical elements and / or diffraction gratings.
Die Optik kann insbesondere dazu eingerichtet sein, in der Bildmitte des Ausgangsbilds die Lichtpixel mit kleinerem Abbildungsmaßstab wiederzugeben als in Randbereichen des Ausgangslichtbilds. Auf diese Weise wird die Helligkeit der Lichtabgabe in der Bildmitte erhöht. Zudem führt dies zu relativ kleinen Lichtpixeln in der Bildmitte des Ausgangslichtbilds im Vergleich zum Randbereich, sodass in der Bildmitte mehr einzelne Pixel pro Flächeneinheit individuell steuerbar sind als im Randbereich. Dies eröffnet insbesondere für die Anwendung als Kraftfahrzeugscheinwerfer die vorteilhafte Möglichkeit, dass die gewünschte Austastung einzelner Lichtpixel, um die Blendung des vorausfahrenden Verkehrs zu vermeiden, gerade in der Bildmitte, in der in der Regel vorausfahrender Verkehr mit größerer Dichte zu erwarten ist, in feinerer Auflösung erfolgen kann. Zudem werden die Möglichkeiten verbessert, mittels der Beleuchtungseinrichtung auch Informationen für den Fahrer auf die Straße oder andere Einrichtungen wie Häuserwände oder Verkehrszeichen zu projizieren. Auch hierfür ist im mittleren Bildbereich eine möglichst hohe Auflösung vorteilhaft. The optics can in particular be set up to reproduce the light pixels with a smaller magnification in the middle of the image of the output image than in edge regions of the output light image. In this way, the brightness of the light output in the center of the image is increased. In addition, this leads to relatively small light pixels in the middle of the image of the output light image compared to the edge region, so that more individual pixels per unit area can be controlled individually in the middle of the image than in the edge region. This opens up the advantageous possibility, in particular for use as motor vehicle headlights, that the desired blanking of individual light pixels in order to avoid the dazzling of the preceding traffic, especially in the center of the image, in the usually preceding traffic with larger traffic Density is expected to occur in finer resolution. In addition, the possibilities are improved to project by means of the lighting device and information for the driver on the road or other facilities such as house walls or traffic signs. Again, the highest possible resolution is advantageous in the middle image area.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Optik zur Verzeichnung der Lichtpixel des Ursprungslichtbilds in horizontaler Raumrichtung eingerichtet ist, die gleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds in horizontaler Raumrichtung in ungleichmäßig große Lichtpixel im Ausgangslichtbild verzeichnet, und/oder die Optik zur Verzeichnung der Lichtpixel des Ursprungslichtbilds in vertikaler Raumrichtung eingerichtet ist, die gleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds in vertikaler Raumrichtung in ungleichmäßig große Lichtpixel im Ausgangslichtbild verzeichnet. Auf diese Weise kann z.B. die gewünschte Konzentration der Helligkeit in der Bildmitte in einer Dimension (horizontal oder vertikal) oder in zwei Dimensionen (horizontal und vertikal) realisiert werden, ohne die Lichtpixel hinsichtlich ihrer Winkel zu verändern. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the optics is arranged to distort the light pixels of the original light image in the horizontal spatial direction, the uniformly large light pixels of the original light image in the horizontal spatial direction in unevenly large light pixels recorded in the output light image, and / or the optics for distortion of the light pixels of the original light image is arranged in the vertical spatial direction, the uniformly large light pixels of the original light image in the vertical spatial direction recorded in unevenly large light pixels in the output light image. In this way, e.g. the desired concentration of brightness in the image center can be realized in one dimension (horizontal or vertical) or in two dimensions (horizontal and vertical) without changing the light pixels in terms of their angles.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Optik zu einer rotationssymmetrischen Verzerrung des Ursprungslichtbilds eingerichtet ist, bei der der Abbildungsmaßstab zwischen dem Ausgangslichtbild und dem Ursprungslichtbild sich abhängig vom Abstand eines Lichtpixels von einem Referenzpunkt des Ursprungslichtbilds verändert. Der Referenzpunkt kann z.B. die Bildmitte des Ursprungslichtbilds sein. Auf diese Weise kann die gewünschte Konzentration der Beleuchtungsstärke und Pixel-Auflösung in der Bildmitte mit einfach zu realisierenden und insbesondere kostengünstig herzustellenden optischen Elementen erreicht werden. Insbesondere ist vorteilhaft, dass alle optischen Elemente ebenfalls rotationssymmetrisch ausgeführt werden können. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the optics is set up for a rotationally symmetrical distortion of the original light image, in which the magnification between the output light image and the original light image changes depending on the distance of a light pixel from a reference point of the original light image. The reference point may e.g. be the center of the original light image. In this way, the desired concentration of illuminance and pixel resolution in the center of the image can be achieved with optical elements which are easy to realize and in particular cost-effective to manufacture. In particular, it is advantageous that all optical elements can also be designed rotationally symmetrical.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Optik dazu eingerichtet ist, gleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds zur Mitte des Lichtabgabebereichs hin in kleinere Lichtpixel im Ausgangslichtbild umzuformen als im Randbereich des Lichtabgabebereichs. Hierdurch eignet sich die Beleuchtungseinnchtung insbesondere für die Anwendung als Kraftfahrzeugscheinwerfer. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the optics is set up to uniformly convert large light pixels of the original light image towards the center of the light emission area into smaller light pixels in the output light image than in the edge region of the light emission area. This is suitable the Beleuchtungseinnchtung in particular for use as motor vehicle headlights.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Optik dazu eingerichtet ist, die Lichtpixel des Ursprungslichtbilds im Ausgangslichtbild zu verzerren, sodass rechtwinklige und/oder rechteckige Lichtpixel des Ursprungslichtbilds in nicht rechtwinklige und/oder nicht rechteckige Lichtpixel im Ausgangslichtbild verändert sind. Dies ermöglicht den Einsatz einfach und kostengünstig herzustellender optischer Elemente, z.B. rotationssymmetrischer Linsen. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the optics is set up to distort the light pixels of the original light image in the output light image, so that rectangular and / or rectangular light pixels of the original light image are changed to non-rectangular and / or non-rectangular light pixels in the output light image. This allows the use of simple and inexpensive optical elements, e.g. rotationally symmetric lenses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, die zur Ansteuerung der Lichtabgabeeinrichtung und dementsprechend zur individuellen Ansteuerung der einzelnen Lichtabgabe-Pixelelemente eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, über eine Schnittstelle Daten, die ein Ziellichtbild des abzustrahlenden Lichts beschreiben, zu empfangen und mittels einer Verzeichnungskorrektureinrichtung daraus derart verzeichnungskorrigierte Ansteuerdaten für die Lichtabgabeeinrichtung zu bestimmen, dass das Ausgangslichtbild das Ziellichtbild im Wesentlichen verzeichnungsfrei wiedergibt. Dies hat den Vorteil, dass der Beleuchtungseinrichtung sozusagen ein„Wunschbild" vorgegeben werden kann, das in die Umgebung abgestrahlt wird. Durch die entsprechende Verzeichnungskorrektur mittels der Steuereinrichtung wird das Ausgangslichtbild dann trotz der verzeichnenden Optik tatsächlich so wiedergegeben, dass das Ziellichtbild im Wesentlichen verzeichnungsfrei erkennbar ist. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the illumination device has a control device which is set up to control the light emitting device and, accordingly, for individual control of the individual light emitting pixel elements, wherein the control device is adapted via an interface data that a target image of light to be emitted to receive and to determine therefrom by means of a distortion correction means therefrom such corrected distortion control data for the light emitting device that the output light image reproduces the target image substantially distortion free. This has the advantage that the illumination device can be given, as it were, a "desired image" which is radiated into the surroundings By the corresponding distortion correction by means of the control device, the output light image is then actually reproduced in spite of the recording optics so that the target light image can be recognized essentially without distortion is.
Soll auch die Helligkeitsverteilung im Ausgangslichtbild der des Ziellichtbilds entsprechen, so kann die Verzeichnungskorrektureinrichtung auch dazu eingerichtet sein, eine entsprechende Helligkeitskorrektur durchzuführen. Auf diese Weise wird nicht nur hinsichtlich der Position der Lichtpixel eine Verzeichnungskorrektur durchgeführt, sondern zusätzlich im Hinblick auf die Helligkeit der Lichtpixel. Die Verzeichnungskorrektureinrichtung kann durch Hardware und/oder Software realisiert sein, z.B. einen Signalprozessor oder ein Softwaremodul, das eine entsprechende Verzeichnungskorrektur mittels einer Transformationsmatrix durchführt. Die Transformationsmatrix bzw. allgemein die von der Verzeichnungskorrektureinrichtung durchgeführte Verzeichnungskorrektur kann für eine bestimmte Optik fest vorgegeben sein. Die Verzeichnungskorrektureinrichtung kann die gewünschte Verzeichnungskorrektur aufgrund einer bekannten Umverteilungscharakteristik der Optik durchführen. Diese Charakteristik kann z.B. mittels empirischer Formeln oder als Vektor oder Matrix in der Verzeichnungskorrektureinrichtung hinterlegt sein. If the brightness distribution in the output light image is also to correspond to that of the target light image, then the distortion correction device can also be set up to perform a corresponding brightness correction. In this way, a distortion correction is performed not only with regard to the position of the light pixels, but additionally with regard to the brightness of the light pixels. The distortion correction device may be implemented by hardware and / or software, eg a signal processor or a software module, which performs a corresponding distortion correction by means of a transformation matrix. The transformation matrix or, in general, the distortion correction performed by the distortion correction device can be predefined for a specific optical system. The distortion correcting means may perform the desired distortion correction due to a known redistribution characteristic of the optics. This characteristic can be deposited eg by means of empirical formulas or as a vector or matrix in the distortion correction device.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Optik wenigstens eine optisches Sammelelement und wenigstens ein optisches Verzeichnungselement aufweist, wobei das optische Sammelelement im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung vor dem optischen Verzeichnungselement angeordnet ist. Das optische Sammelelement hat den Vorteil, dass Lichtabgabeeinrichtungen quasi beliebigen Typs eingesetzt werden können, d.h. auch solche, die keine besonders fokussierte Lichtabgabe aufweisen, sondern z.B. einen relativ großen Abstrahlwinkel haben. Zudem kann mit dem optischen Sammelelement die scharfe Abbildung des Ursprungslichtbilds im Ausgangslichtbild weiter verbessert werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the optics has at least one optical collecting element and at least one optical distortion element, wherein the optical collecting element is arranged in the light beam path of the light emitting device in front of the optical distortion element. The optical collection element has the advantage that light emission devices of virtually any type can be used, i. also those which do not have a particularly focused light emission, but e.g. have a relatively large angle of radiation. In addition, the sharp image of the original light image in the output light image can be further improved with the optical collecting element.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung hinter dem optischen Verzeichnungselement ein weiteres optisches Element angeordnet ist. Auch hierdurch kann eine scharfe Abbildung des Ursprungslichtbilds im Ausgangslichtbild weiter verbessert werden. According to an advantageous development of the invention, provision is made for a further optical element to be arranged in the light beam path of the light emission device behind the optical distortion element. As a result, a sharp image of the original light image in the output light image can be further improved.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Beleuchtungseinrichtung Teil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers. Auch hiermit können die zuvor erläuterten Vorteile erzielt werden. Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur pixelweisen, pixelindividuell steuerbaren Lichtabstrahlung in die Umgebung mittels einer Beleuchtungseinrichtung, um in der Umgebung der Beleuchtungseinrichtung ein aus Lichtpixeln gebildetes Ausgangslichtbild zu erzeugen, wobei die Beleuchtungseinrichtung folgendes aufweist: In a development of the invention, the illumination device is part of a motor vehicle headlight. Again, the advantages explained above can be achieved. The object mentioned at the outset is further achieved by a method for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment by means of a lighting device in order to produce in the surroundings of the illumination device an output light image formed from light pixels, the illumination device comprising:
a) wenigstens eine Lichtabgabeeinrichtung, die eine Matrix aus individuell steuerbaren Lichtabgabe-Pixelelementen zur Erzeugung eines aus Lichtpixeln gebildeten Ursprungslichtbilds aufweist, a) at least one light-emitting device which has a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements for generating an original light image formed from light pixels,
b) wenigstens eine Optik mit mehreren optischen Elementen im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung zum in die Umgebung abgestrahlten Licht, wobei durch die optischen Elemente das von der Lichtabgabeeinrichtung erzeugte Ursprungslichtbild in das Ausgangslichtbild gewandelt ist, wobei einer Steuereinrichtung, die die Lichtabgabeeinrichtung ansteuert und dementsprechend eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Lichtabgabe-Pixelelemente durchführt, Daten, die ein Ziellichtbild des abzustrahlenden Lichts beschreiben, zugeführt werden und durch die Steuereinrichtung aus den zugeführten Daten unter Verzeichnung des Ziellichtbilds Ansteuerdaten für die Lichtabgabeeinrichtung bestimmt werden, durch die die Lichtabgabeeinrichtung ein Ursprungslichtbild abgibt, das gegenüber dem Ziellichtbild derart verzeichnet ist, dass der Abbildungsmaßstab zwischen dem Ziellichtbild und dem Ursprungslichtbild über die Menge der beeinflussten Lichtpixel ungleichmäßig ist und wenigstens um den Faktor -^2 variiert. b) at least one optical system with a plurality of optical elements in the light beam path from the light emitting device to the radiated light in the environment, wherein the optical light generated by the light emitting device originating light image is converted into the output light image, wherein a control device which controls the light emitting device and accordingly an individual Actuation of the individual light-emitting pixel elements performs, data describing a target light image of the light to be emitted, are supplied and determined by the control device from the supplied data under distortion of the target light image driving data for the light emitting device through which the light emitting device emits an original light image, compared to the Target image is recorded such that the magnification between the target light image and the original light image on the amount of the affected light pixels is non-uniform and at least to varies the factor - ^ 2.
Auch hierdurch lassen sich die zuvor erläuterten Vorteile realisieren. Für die Durchführung des Verfahrens eignet sich insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung der zuvor erläuterten Art. This also makes it possible to realize the advantages explained above. For carrying out the method, in particular, a lighting device of the type described above is suitable.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Der Rechner kann z.B. Teil der Steuereinrichtung der Beleuchtungseinrichtung sein, z.B. in Form eines Mikroprozessors oder MikroControllers. Hierzu kann das Computerprogrannnn auf einem Datenträger gespeichert sein, z.B. in einem Speicher der Steuereinrichtung. The object mentioned at the outset is also achieved by a computer program with program code means set up to carry out a method of the previously described type when the computer program is executed on a computer. The computer may be part of the control device of the illumination device, for example in the form of a microprocessor or microcontroller. For this purpose can the computer program may be stored on a data carrier, eg in a memory of the control device.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.
Es zeigen Show it
Figur 1 - eine Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstellung undFigure 1 - a lighting device in a schematic representation and
Figur 2 - eine Lichtabgabeeinrichtung in Draufsicht und Figure 2 - a light emitting device in plan view and
Figuren 3 bis 5 - verschiedene Ausgangslichtbilder und  Figures 3 to 5 - different output light images and
Figur 6 - die Beleuchtungseinrichtung mit einer Optik in einer ersten Ausführungsform und  Figure 6 - the illumination device with an optic in a first embodiment and
Figur 7 - die Beleuchtungseinrichtung mit einer Optik in einer zweiten  Figure 7 - the illumination device with an optic in a second
Ausführungsform.  Embodiment.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.
Die Figur 1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung zur pixelweisen, pixelindividuell steuerbaren Lichtabstrahlung in die Umgebung, mit einer Lichtabgabeeinrichtung 1 , einer Optik 2 und einer Steuereinrichtung 4. Dargestellt ist ferner eine Lichtquelle 5, die als separates Bauteil vorgesehen sein kann, sofern die Lichtabgabeeinrichtung 1 nicht bereits eine integrierte Lichtquelle aufweist. 1 shows a lighting device for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment, with a light emitting device 1, an optical system 2 and a control device 4. Also shown is a light source 5, which may be provided as a separate component, if the light emitting device 1 is not already has an integrated light source.
Die Lichtabgabeeinrichtung 1 weist eine Matrix aus individuell steuerbaren Lichtabgabe-Pixelelementen 1 1 auf, wie in der Figur 2 dargestellt ist. Das von der Lichtabgabeeinrichtung 1 abgestrahlte Licht 10 gelangt durch die Optik 2 und wird von dieser als abgestrahltes Licht 20 in die Umgebung abgegeben. In der Umgebung wird ein Ausgangslichtbild 3 erzeugt, das von einem von der Lichtabgabeeinrichtung 1 erzeugten Ursprungslichtbild abgeleitet ist. Das Ausgangslichtbild 3 ist nicht in allen Anwendungsfällen auf einer planen Ebene abgebildet, z.B. bei Anwendun- gen der Beleuchtungseinrichtung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer. Zur Vereinfachung der Erläuterungen wird hier aber eine Projektion des Ausgangslichtbilds 3 in einer planen Ebene verwendet. The light-emitting device 1 has a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements 11, as shown in FIG. The light emitted by the light emitting device 1 light 10 passes through the optics 2 and is emitted by this as radiated light 20 in the environment. In the vicinity of an output light image 3 is generated, which is derived from an original light image generated by the light emitting device 1. The output light image 3 is not mapped on a plane level in all applications, eg in applications conditions of the illumination device in a motor vehicle headlight. To simplify the explanations, however, a projection of the output light image 3 in a plane plane is used here.
Sofern eine separate Lichtquelle 5 vorhanden ist, strahlt diese ihr Licht 50 auf die Lichtabgabeeinrichtung 1 , die entsprechend der Steuerung der einzelnen Lichtabgabe-Pixelelemente 1 1 das von ihr abgegebene Licht 10 erzeugt. If a separate light source 5 is present, it radiates its light 50 onto the light-emitting device 1, which generates the light 10 emitted by it in accordance with the control of the individual light-emitting pixel elements 11.
Dargestellt ist ferner ein Referenzkoordinatensystem mit den Achsen x, y und z. Es sei angenommen, dass sich die lichtabstrahlende Oberfläche der Lichtabgabeeinrichtung 1 in der x-y-Ebene befindet und das Licht 10 vertikal dazu in z-Rich- tung abgestrahlt wird. Also shown is a reference coordinate system with the axes x, y and z. It is assumed that the light-emitting surface of the light-emitting device 1 is in the x-y plane and the light 10 is radiated vertically thereto in the z-direction.
Zur Steuerung der individuell steuerbaren Lichtabgabe-Pixelelemente 1 1 der Lichtabgabeeinrichtung 1 dient die Steuereinrichtung 4. Der Steuereinrichtung 4 können über eine Schnittstelle 41 Daten zugeführt werden, z.B. von einer die Umgebung beobachtenden Kamera, die ein Ziellichtbild des abzustrahlenden Lichts beschreiben (Wunschbild). Da die Optik 2 bewusst als verzeichnende Optik ausgebildet ist, kann in der Steuereinrichtung 4 eine Verzeichnungskorrektureinrichtung 40 realisiert sein, die die über die Schnittstelle 41 empfangenen Daten des Ziellichtbilds hinsichtlich der durch die Optik 2 zu erwartenden Verzeichnung korrigiert und dementsprechend verzeichnungskorrigierte Ansteuerdaten an die Lichtabgabeeinrichtung 1 abgibt. Auf diese Weise kann das Ausgangslichtbild 3 derart erzeugt werden, dass das Ziellichtbild im Wesentlichen verzeichnungsfrei wiedergegeben wird. The control device 4 is used to control the individually controllable light-emitting pixel elements 11 of the light-emitting device 1. The control device 4 can be supplied with data via an interface 41, e.g. from a camera observing the environment, which describe a target image of the light to be emitted (desired image). Since the optical system 2 is deliberately designed as a recording optical system, a distortion correction device 40 can be implemented in the control device 4 which corrects the data of the target light image received via the interface 41 with regard to the distortion to be expected by the optical system 2 and correspondingly distortion-corrected control data to the light emitting device 1 emits. In this way, the output light image 3 can be generated such that the target image is reproduced substantially without distortion.
Wie erwähnt, zeigt die Figur 2 die Lichtabgabeeinrichtung 1 in Draufsicht, sodass die Matrixstruktur der einzelnen, individuell steuerbaren Lichtabgabe-Pixelelemente 1 1 erkennbar ist. Diese sind in der hier gewählten beispielhaften Darstellung mit identischer Größe ausgebildet. Die Erfindung eignet sich aber auch für Lichtabgabeeinrichtungen mit Lichtabgabe-Pixelelementen, die unterschiedliche Größen aufweisen. Die Darstellung gemäß der Figur 2 zeigt zudem das von der Lichtabgabeeinrichtung 1 erzeugte Ursprungslichtbild 12 mit seinen Lichtpixeln 13, das dem Muster der Lichtabgabe-Pixelelemente 1 1 entspricht. As mentioned, FIG. 2 shows the light-emitting device 1 in plan view, so that the matrix structure of the individual, individually controllable light-emitting pixel elements 11 is recognizable. These are formed in the exemplary representation chosen here with identical size. However, the invention is also suitable for light-emitting devices with light-emitting pixel elements having different sizes exhibit. The illustration according to FIG. 2 also shows the original light image 12 generated by the light emission device 1 with its light pixels 13, which corresponds to the pattern of the light emission pixel elements 11.
Die Optik 2 kann je nach Anwendungsbedarf unterschiedlich ausgebildet sein. Dementsprechend werden die Lichtpixel 13 des Ursprungslichtbilds 2 unterschiedlich in das Ausgangslichtbild 3 umgesetzt. Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der mittels der Optik 2 eine eindimensionale kartesische Umverteilung der Lichtpixel-Größe und deren Helligkeit erfolgt. Dargestellt ist ein Ausgangslichtbild 3 mit Lichtpixeln 31 , bei denen die Verzeichnung nur in horizontaler Raumrichtung erfolgt, d.h. gleichmäßig große Lichtpixel des Ursprungslichtbilds werden in horizontaler Raumrichtung in ungleichmäßig große Lichtpixel 31 verzeichnet. Eine hierfür geeignete Optik kann durch optische Elemente realisiert werden, die nur in eine Richtung gekrümmt sind, sodass das Ausgangslichtbild 3 nur in eine Richtung, hier der x-Richtung, verzerrt wird. Um eine scharfe Abbildung im Ausgangslichtbild zu erzielen, kann z.B. mindestens ein weiteres optisches Element mit einer Krümmung in einer anderen Richtung hinzugefügt werden oder mindestens eines der bereits im System vorhandenen optischen Elemente auch in dieser Raumrichtung gekrümmt sein. Der Abbildungsmaßstab ist in diesem Beispiel nur von einer Raumkoordinate abhängig, z.B. der y-Koordinate oder, wie in Figur 3 dargestellt, von der x-Koordinate. The optics 2 can be designed differently depending on the application. Accordingly, the light pixels 13 of the original light image 2 are differently converted into the output light image 3. FIG. 3 shows an embodiment in which a one-dimensional Cartesian redistribution of the light pixel size and its brightness takes place by means of the optics 2. Shown is an output light image 3 with light pixels 31, in which the distortion takes place only in the horizontal spatial direction, i. uniformly large light pixels of the original light image are recorded in unevenly sized light pixels 31 in the horizontal spatial direction. A suitable optical system can be realized by optical elements that are curved in one direction only, so that the output light image 3 is distorted in one direction only, here the x-direction. To obtain a sharp image in the original light image, e.g. at least one further optical element with a curvature in another direction are added or at least one of the optical elements already present in the system also be curved in this spatial direction. The magnification in this example depends only on a spatial coordinate, e.g. the y-coordinate or, as shown in Figure 3, of the x-coordinate.
Die Figur 4 zeigt eine zweidimensionale kartesische Umverteilung der Lichtpixel im Ausgangslichtbild 3. Für beide Raumrichtungen x und y wird jeweils ein in einer Raumrichtung gekrümmtes umverteilendes optisches Element eingesetzt. Es ist auch möglich, einzelne oder alle optischen Elemente der Optik für beide Raumrichtungen gemeinsam zu nutzen. Der Abbildungsmaßstab ist hier eine Funktion in Abhängigkeit von x und y. Es ist hierbei nicht zwingend erforderlich, dass die Achsen x und y im Ausgangslichtbild senkrecht aufeinander stehen. FIG. 4 shows a two-dimensional Cartesian redistribution of the light pixels in the output light image 3. For both spatial directions x and y, a redistributing optical element curved in a spatial direction is used in each case. It is also possible to share single or all optical elements of the optics for both spatial directions. The magnification is a function of x and y. It is not mandatory that the axes x and y in the output light image are perpendicular to each other.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der durch die Optik eine Umverteilung der Helligkeit und der Auflösung zur Mitte des Ausgangslichtbilds hin erzeugt wird. Zum Rand hin verringern sich die Helligkeit und die Auflösung der Lichtpixel. Die hierbei erzeugte Helligkeit kann bei homogen leuchtender Lichtabgabeeinrichtung 1 reziprok proportional zu der Größe eines hier dargestellten Lichtpixels 31 sein. Die hierfür verwendete Optik bewirkt eine rotationssymmetrische Verzerrung des Ursprungslichtbilds zum Ausgangslichtbild. Der Abbildungsmaßstab ist hierbei abhängig vom Abstand von der Bildmitte, d.h. vom jeweiligen Radius. FIG. 5 shows an embodiment in which a redistribution of the brightness and the resolution to the center of the output light image is generated by the optics. To the edge, the brightness and the resolution of the light pixels decrease. The Brightness generated in this case can be reciprocally proportional to the size of a light pixel 31 shown here in the case of a homogeneously illuminating light-emitting device 1. The optical system used for this purpose causes a rotationally symmetrical distortion of the original light image to the output light image. The magnification is dependent on the distance from the center of the image, ie the respective radius.
Die Figur 6 zeigt die Beleuchtungseinrichtung in einer Ansicht von oben, d.h. senkrecht zur x-Achse. Erkennbar sind die Raumrichtungen y und z. Das von den Lichtabgabe-Pixelelementen 1 1 der Lichtabgabeeinrichtung 1 abgestrahlte Licht 10 wird über ein optisches Sammelelement, z.B. eine Sammellinse 21 , zunächst wieder gebündelt. Hierdurch ergäbe sich zunächst eine unverzeichnete Abbildung des Ursprungslichtbilds 12, wie durch die Pixel 25 dargestellt ist. Da aber im Lichtstrahlengang hinter dem optischen Sammelelement 21 ein weiteres optisches Element in Form eines Verzeichnungselements 22 vorhanden ist, z.B. eine verzeichnende Linse, wird diese gedachte Zwischenbildebene verzerrt bzw. verzeichnet, wie durch die Pixel 24 dargestellt ist. FIG. 6 shows the illumination device in a view from above, i. perpendicular to the x-axis. Recognizable are the spatial directions y and z. The light 10 emitted from the light emitting pixel elements 11 of the light emitting device 1 is transmitted through an optical collecting element, e.g. a converging lens 21, initially bundled again. This would initially result in an unrecognized image of the original light image 12, as represented by the pixels 25. However, since a further optical element in the form of a distortion element 22 is present in the light beam path behind the optical collecting element 21, e.g. a captive lens, this imaginary intermediate image plane is distorted as shown by the pixels 24.
Die Lichtstrahlen treffen nach Passieren des Verzeichnungselements 22 auf ein weiteres optisches Element 23, über das der gewünschte Gesamtabbildungsmaß- stab der Beleuchtungseinrichtung eingestellt ist und das außerdem zum Erreichen einer scharfen Abbildung im Ausgangslichtbild 3 förderlich ist. Zur Erhöhung der Abbildungsqualität, z.B. zur Minimierung von Farbfehlern, können die erläuterten optischen Elemente 21 , 22, 23 jeweils auch als mehrere einzelne optische Elemente, z.B. Linsen, ausgebildet sein. After passing through the distortion element 22, the light beams strike a further optical element 23, via which the desired overall imaging scale of the illumination device is set and which is also conducive to achieving a sharp image in the output light image 3. To increase the imaging quality, e.g. for minimizing chromatic aberrations, the illustrated optical elements 21, 22, 23 may each also be implemented as a plurality of individual optical elements, e.g. Lenses, be formed.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung mit einer anderen Ausführungsform der Optik 2. Erkennbar ist wiederum das optische Sammelelement 21 . Diesem ist im Lichtstrahlengang ein optisches Verzeichnungselement 22, z.B. eine verzeichnende Linse, nachgeordnet, aus der das Licht zur Bildung des Ausgangslichtbilds 3 abgestrahlt wird. Das optische Verzeichnungselement 22 ist hierbei als Element ausgebildet, das die Funktionen der optischen Elemente 22, 23 gemäß Figur 6 miteinander kombiniert. FIG. 7 shows a further embodiment of the illumination device with another embodiment of the optics 2. The optical collection element 21 is again recognizable. This is an optical distortion element 22 in the light beam path, e.g. a recording lens, downstream of which the light is emitted to form the output light image 3. The optical distortion element 22 is in this case formed as an element which combines the functions of the optical elements 22, 23 according to FIG.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Beleuchtungseinnchtung zur pixelweisen, pixelindividuell steuerbaren Licht- abstrahlung in die Umgebung der Beleuchtungseinrichtung, um in der Umgebung der Beleuchtungseinrichtung ein aus Lichtpixeln (31 ) gebildetes Ausgangslichtbild (3) zu erzeugen, wobei die Beleuchtungseinrichtung folgendes aufweist: 1 . Lighting device for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the surroundings of the illumination device in order to generate in the vicinity of the illumination device an output light image (3) formed from light pixels (31), the illumination device comprising:
a) wenigstens eine Lichtabgabeeinrichtung (1 ), die eine Matrix aus individuell steuerbaren Lichtabgabe-Pixelelementen (1 1 ) zur Erzeugung eines aus Lichtpixeln (13) gebildeten Ursprungslichtbilds (12) aufweist, b) wenigstens eine Optik (2) mit mehreren optischen Elementen (21 , 22, 23) im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung (1 ) zum in die Umgebung abgestrahlten Licht (20), wobei durch die optischen Elemente (21 , 22, 23) das von der Lichtabgabeeinrichtung (1 ) erzeugte Ursprungslichtbild (12) in das Ausgangslichtbild (3) gewandelt ist,  a) at least one light-emitting device (1) having a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements (1 1) for generating an original light image (12) formed from light pixels (13), b) at least one optical system (2) having a plurality of optical elements ( 21, 22, 23) in the light beam path from the light emitting device (1) to the light emitted into the environment (20), wherein by the optical elements (21, 22, 23) of the light emitting device (1) generated original light image (12) in the Output light image (3) has been converted,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
c) die Optik (2) als eine das Ursprungslichtbild (12) verzeichnende Optik ausgebildet ist, die gleichmäßig große Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) in ungleichmäßig große Lichtpixel (31 ) im Ausgangslichtbild (3) verzeichnet, wobei der Abbildungsmaßstab zwischen dem Ausgangslichtbild (3) und dem Ursprungslichtbild (12) über die Menge der von der Optik (2) beeinflussten Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) ungleichmäßig ist und wenigstens um den Faktor -^2 variiert.  c) the optical system (2) is designed as an optical image capturing the original light image (12), which registers uniformly large light pixels (13) of the original light image (12) into unevenly sized light pixels (31) in the output light image (3), wherein the magnification is between the Output light image (3) and the original light image (12) on the amount of the optics (2) influenced light pixels (13) of the original light image (12) is non-uniform and at least by a factor - ^ 2 varies.
2. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (2) zur Verzeichnung der Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) in horizontaler Raumrichtung (x) eingerichtet ist, die gleichmäßig große Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) in horizontaler Raumrichtung (x) in ungleichmäßig große Lichtpixel (31 ) im Ausgangslichtbild (3) verzeichnet, und/oder die Optik (2) zur Verzeichnung der Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) in vertikaler Raumrichtung (y) eingerichtet ist, die gleichmäßig große Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) in vertikaler Raumrichtung (y) in ungleichmäßig große Lichtpixel (31 ) im Ausgangslichtbild (3) verzeichnet. 2. Lighting device according to the preceding claim, characterized in that the optics (2) for the distortion of the light pixels (13) of the original light image (12) in the horizontal spatial direction (x) is arranged, the uniformly large light pixels (13) of the original light image (12) recorded in the spatial direction (x) in unevenly large light pixels (31) in the output light image (3), and / or the optics (2) for the distortion of the light pixels (13) of the original light image (12) in the vertical spatial direction (y) set is, the equally large light pixels (13) of the original light image (12) in the vertical spatial direction (y) recorded in unevenly sized light pixels (31) in the output light image (3).
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (2) zu einer rotationssymmetrischen Verzerrung des Ursprungslichtbilds (12) eingerichtet ist, bei der der Abbildungsmaßstab zwischen dem Ausgangslichtbild und dem Ursprungslichtbild (12) sich abhängig vom Abstand eines Lichtpixels (13) von einem Referenzpunkt des Ursprungslichtbilds (12) verändert. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the optics (2) is arranged for a rotationally symmetrical distortion of the original light image (12), wherein the magnification between the output light image and the original light image (12) depending on the distance of a light pixel (13) changed from a reference point of the original light image (12).
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (2) dazu eingerichtet ist, gleichmäßig große Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) zur Mitte des Lichtabgabebereichs hin in kleinere Lichtpixel (31 ) im Ausgangslichtbild (3) umzuformen als im Randbereich des Lichtabgabebereichs. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the optics (2) is adapted to uniformly large light pixels (13) of the original light image (12) toward the center of the light emitting area towards smaller light pixels (31) in the output light image (3) to transform than in Edge area of the light output area.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (2) dazu eingerichtet ist, die Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) im Ausgangslichtbild (3) zu verzerren, sodass rechtwinklige und/oder rechteckige Lichtpixel (13) des Ursprungslichtbilds (12) in nicht rechtwinklige und/oder nicht rechteckige Lichtpixel (31 ) im Ausgangslichtbild (3) verändert sind. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the optics (2) is adapted to distort the light pixels (13) of the original light image (12) in the output light image (3), so that rectangular and / or rectangular light pixels (13) of the original light image (12) are changed into non-rectangular and / or non-rectangular light pixels (31) in the output light image (3).
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Steuereinrichtung (4) aufweist, die zur Ansteuerung der Lichtabgabeeinrichtung (1 ) und dementsprechend zur individuellen Ansteuerung der einzelnen Lichtabgabe-Pixelelemente (1 1 ) eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, über eine Schnittstelle (41 ) Daten, die ein Ziellichtbild des abzustrahlenden Lichts (20) beschreiben, zu empfangen und mittels einer Verzeichnungskorrektureinrichtung (40) daraus derart verzeichnungskor- rigierte Ansteuerdaten für die Lichtabgabeeinrichtung (1 ) zu bestimmen, dass das Ausgangslichtbild (3) das Ziellichtbild im Wesentlichen verzeichnungsfrei wiedergibt. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device has a control device (4) which is set up to control the light-emitting device (1) and accordingly for the individual control of the individual light-emitting pixel elements (1 1), wherein the control device (4 ) is configured to receive, via an interface (41), data describing a target light image of the light (20) to be radiated, and to determine therefrom by means of a distortion correction device (40) control data for the light emitting device (1) that is so distorted the output light image (3) reproduces the target image substantially without distortion.
7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Lighting device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (2) wenigstens eine optisches Sammelelement (21 ) und wenigstens ein optisches Verzeichnungselement (22) aufweist, wobei das optisches Sammelelement (21 ) im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung (1 ) vor dem optischen Verzeichnungselement (22) angeordnet ist.  characterized in that the optical system (2) comprises at least one optical collecting element (21) and at least one optical distortion element (22), wherein the optical collecting element (21) in the light beam path of the light emitting device (1) in front of the optical distortion element (22) is arranged ,
8. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung (1 ) hinter dem optischen Verzeichnungselement (22) ein weiteres optisches Element (23) angeordnet ist. 8. Lighting device according to the preceding claim, characterized in that in the light beam path of the light emitting device (1) behind the optical distortion element (22), a further optical element (23) is arranged.
9. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 9. Motor vehicle headlight with a lighting device according to one of the preceding claims.
10. Verfahren zur pixelweisen, pixelindividuell steuerbaren Lichtabstrahlung in die Umgebung mittels einer Beleuchtungseinrichtung, um in der Umgebung der Beleuchtungseinrichtung ein aus Lichtpixeln (31 ) gebildetes Ausgangslichtbild (3) zu erzeugen, wobei die Beleuchtungseinrichtung folgendes aufweist: 10. A method for pixel-wise, pixel-individually controllable light emission into the environment by means of an illumination device in order to produce in the vicinity of the illumination device an output light image (3) formed from light pixels (31), the illumination device comprising:
a) wenigstens eine Lichtabgabeeinrichtung (1 ), die eine Matrix aus individuell steuerbaren Lichtabgabe-Pixelelementen (1 1 ) zur Erzeugung eines aus Lichtpixeln (13) gebildeten Ursprungslichtbilds (12) aufweist, b) wenigstens eine Optik (2) mit mehreren optischen Elementen (21 , 22, 23) im Lichtstrahlengang von der Lichtabgabeeinrichtung (1 ) zum in die Umgebung abgestrahlten Licht (20), wobei durch die optischen Elemente (21 , 22, 23) das von der Lichtabgabeeinrichtung (1 ) erzeugte Ursprungslichtbild (12) in das Ausgangslichtbild (3) gewandelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass einer Steuereinrichtung (4), die die Lichtabgabeeinrichtung (1 ) ansteuert und dementsprechend eine individuelle Ansteue- rung der einzelnen Lichtabgabe-Pixelelemente (1 1 ) durchführt, Daten, die ein Ziellichtbild des abzustrahlenden Lichts (20) beschreiben, zugeführt werden und durch die Steuereinrichtung (4) aus den zugeführten Daten unter Verzeichnung des Ziellichtbilds Ansteuerdaten für die Lichtabgabeeinrichtung (1 ) bestimmt werden, durch die die Lichtabgabeeinrichtung (1 ) ein Ursprungslichtbild (12) abgibt, das gegenüber dem Ziellichtbild derart verzeichnet ist, dass der Abbildungsmaßstab zwischen dem Ziellichtbild und dem Ursprungslichtbild (12) über die Menge der beeinflussten Lichtpixel ungleichmäßig ist und wenigstens um den Faktor -^2 variiert. a) at least one light-emitting device (1) having a matrix of individually controllable light-emitting pixel elements (1 1) for generating an original light image (12) formed from light pixels (13), b) at least one optical system (2) having a plurality of optical elements ( 21, 22, 23) in the light beam path from the light emitting device (1) to the light emitted into the environment (20), wherein by the optical elements (21, 22, 23) of the light emitting device (1) generated original light image (12) in the Output light image (3) has been converted, characterized in that a control device (4), which controls the light-emitting device (1) and accordingly performs an individual control of the individual light-emitting pixel elements (11), is supplied with data which describe a target light image of the light (20) to be radiated and by the control means (4) from the supplied data under distortion of the target light image driving data for the light emitting device (1) are determined by the light emitting device (1) emits an original light image (12), which is recorded relative to the target light image such that the magnification is non-uniform between the target light image and the original light image (12) over the set of the influenced light pixels and varies at least by the factor - ^ 2.
1 1 . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird. 1 1. Method according to the preceding claim, characterized in that a lighting device according to one of claims 1 to 8 is used for carrying out the method.
12. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. 12. Computer program with program code means, set up for carrying out a method according to one of claims 10 to 1 1, when the computer program is executed on a computer.
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