CN116868564A - 用于运行高分辨率的投影前照灯的方法和用于机动车的投影前照灯系统 - Google Patents

用于运行高分辨率的投影前照灯的方法和用于机动车的投影前照灯系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于机动车的高分辨率的投影前照灯的方法。高分辨率的投影前照灯具有主动式LED像素矩阵光源，包括：单片地集成在半导体芯片上且具有多个基于发光二极管的像素的LED矩阵，用于单独地操控在LED矩阵内的每个单像素的驱动电路。借助图形控制器持续将来自图形数据的图像序列中的当前数字图像网格化且提供用于借助投影前照灯的图像再现，图形数据具有至少一个图形对象(50)。持续求取用于主动式LED像素矩阵光源的热负荷值。在将当前的数字图像网格化时，如果热负荷值大于极限值，则至少部分地借助掩模(60，61)对待投影的图形对象(50)的表面区域(52)进行掩蔽和调制。本发明还涉及一种相应用于机动车的投影前照灯系统。

Description

用于运行高分辨率的投影前照灯的方法和用于机动车的投影 前照灯系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行高分辨率的投影前照灯(Projektionsscheinwerfer)的方法和一种用于机动车的投影前照灯系统以及一种计算机程序和一种计算机程序产品。
背景技术
在机动车技术中在先进照明系统(英语：advanced lighting systems)的领域中，下一步是具有能够单独操控的且主动发光的像素光源的高分辨率投影系统。借助基于像素的发光元件，根据适合的高分辨率，能够将符号、几何形状和锐利的且很好地突出的光分布图案投影到机动车的环境中。为此，介绍一种新的发射光的半导体芯片，所谓的HDSSL(英语：high definition solid state light source，高分辨率固态光源)芯片，所述半导体芯片包括多个发光二极管，所述发光二极管单片地集成在半导体芯片上并且布置在矩阵或者说阵列中。借助按行列布置的发光二极管，提供主动发光的像素，所述像素可以分别具有在例如100μm x 100μm的数量级上的面积。
在LED矩阵中的主动发光的基于LED的像素的该高集成密度，一方面实现高的图像分辨率，另一方面蕴含在HDSSL芯片中热缺陷的风险。尤其是，当大量像素同时被激活时，在相对小的芯片面上存在高的热损耗功率。
为了预防热缺陷，已知的是，根据温度来调节用于LED矩阵的供电功率。通过降低用于LED矩阵内的所有像素的共同的供给功率，除了HDSSL芯片的热损耗功率之外，遗憾的是，所有主动式发光二极管的或者说LED矩阵内的所有像素的光强度也降低。因此，投影在相应的机动车的环境中的光分布看起来整体上较暗，使得投影与环境之间的亮度对比度变小。
发明内容
在该背景下，本发明所基于的任务在于，提供一种替代的方法以及一种替代的设备，借助该替代的设备可以避免这样的HDSSL芯片中的热缺陷，而不损害投影与环境之间的亮度对比度。
与此相应地，提出一种根据主权利要求的方法以及一种根据并列权利要求的设备、计算机程序和计算机程序产品。延伸构型是相应的从属权利要求的主题。
根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于运行用于机动车的高分辨率的投影前照灯的方法来解决。所述高分辨率的投影前照灯包括主动式LED像素矩阵光源，所述主动式LED像素矩阵光源LED矩阵和驱动电路，所述LED矩阵单片地集成在半导体芯片上，所述LED矩阵具有多个基于发光二极管的像素，所述驱动电路用于单独地操控在LED矩阵内的每个单个的像素。借助图形控制器持续地将来自图形数据的图像的序列中的当前的数字图像网格化(rastern)并且提供用于借助所述投影前照灯进行的图像再现，所述图形数据具有至少一个图形对象。在此，持续地求取用于所述主动式LED像素矩阵光源的热负荷的值，使得在将当前的数字图像网格化时，如果用于热负荷的值大于极限值，则至少部分地借助掩模将待投影的图形对象的表面区域掩蔽(maskierung)并且对所述表面区域进行调制。
根据本发明的方法背后的认识是，在HDSSL芯片表面上的连贯区域内的大量同时被激活的像素导致高的局部温度输入。因此，构思是，降低特别是在LED矩阵的芯片上的这些表面区域中的热损耗功率。
根据该方法的一种扩展方案，可以将待投影的图形对象的当前的数字图像的折线(Linienzüge)以预给定的线宽网格化。
另一构思在于，在芯片表面上激活的、用于投影相应的折线的像素所产生的单位芯片面积的损耗功率比表面区域所产生的单位芯片面积的损耗功率小。尤其是在具有少量像素的宽度的精细折线的情况下，可以省去用于热保护的功率限制或者说损耗功率限制。
根据上述方面的一种扩展方案，可以提供点掩码作为掩模，使得在将待投影的图形对象的表面区域网格化时，分别将当前的数字图像的各两个相邻的像素中的一个像素隐没并且分别将当前的数字图像的各两个相邻的像素中的一个像素相应于待投影的图形对象的相应的图形数据网格化。
掩模可以基本上理解为数据组，该数据组保存在图形控制器中，并且借助该数据组在将当前的数字图像网格化时对用于图形对象的表面区域的图形数据进行调制。根据该扩展方案设置，将网格化的表面区域内的每第二个像素停用，以便在LED矩阵的芯片上的相应的表面区域中进行图像再现时将LED矩阵中的热损耗功率密度减半。即，点掩码提供棋盘状掩模图案，在该棋盘状掩模图案的情况下，逐行逐列地将每第二个像素掩蔽掉并且在进行图像再现时停用。
棋盘状掩模图案确保相对于LED矩阵的发光的表面区域的均匀的温度输入。
根据一种扩展方案可以设置，提供掩模作为提供第一掩模图案和第二掩模图案，使得在当前的数字图像的图像序列中，在将相应的当前的数字图像网格化时分别交替地使用第一掩模图案和第二掩模图案。
尤其是，可以借助第二掩模图案提供与第一掩模图案反向的掩模。
例如，在两个彼此反向地构造的棋盘状掩模图案的情况下，使温度输入更均匀地相对于LED矩阵的芯片表面分布，所述棋盘状掩模图案在时间上交替地用于将当前的数字图像的序列网格化。
根据本发明的另一方面，该任务通过一种用于机动车的投影前照灯系统来解决，该投影前照灯系统具有图形控制器和至少一个高分辨率的投影前照灯。所述高分辨率的投影前照灯具有主动式LED像素矩阵光源，所述主动式LED像素矩阵光源包括LED矩阵和驱动电路，所述LED矩阵单片地集成在半导体芯片上，所述LED矩阵具有多个基于发光二极管的像素，所述驱动电路用于单独地操控在所述LED矩阵内的每个单个的像素。图形控制器具有计算单元和存储器装置，其中，在存储器装置中存储有用于至少一个待投影的图形对象的图形数据和至少一个掩模数据组。计算单元构造为，借助掩模数据组这样调制图形数据，使得在将当前的数字图像网格化用以借助高分辨率的投影前照灯进行投影时，在待投影的图形对象的表面区域中至少部分地进行掩蔽。
根据上述方面的一种扩展方案，图形控制器此外可以设立为，求取LED像素矩阵光源的热负荷。
因此，根据LED像素矩阵光源的热负荷可以实现对图形数据的调制和对表面区域的至少部分的掩蔽。
此外可以设置，在存储器装置中存储有第一掩模数据组和第二掩模数据组，其中，第二掩模数据组包含与第一掩模数据组反向的掩模图案。
根据本发明的另一方面，该任务通过一种计算机程序来解决，当该计算机程序在图形控制器内的计算单元上实施时，该计算机程序指导相应的计算单元实施所述方法。
根据本发明的另一方面，该任务通过一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有用于执行所述方法的程序代码，该程序代码存储在计算机可读的介质上。
附图说明
其他特征和细节从以下描述中得出，在该描述中(必要时参考附图)详细描述至少一个实施例。所描述的和/或通过图像示出的特征单独地或以任何有意义的组合形成主题，必要时也独立于权利要求，并且尤其附加地还可以是一个或多个单独申请的主题。相同的、相似的和/或功能相同的部件设有相同的附图标记。在此示出：
图1示出机动车，该机动车具有高分辨率的投影前照灯；
图2示出高分辨率的投影前照灯的主动式LED像素矩阵光源；
图3示出行车道，该行车道带有机动车和高分辨率的光分布图案；
图4示出行车道，该行车道带有机动车和经调制的且至少部分被掩蔽的光分布图案；
图5示出用于将数字图像网格化用以借助HD投影前照灯进行的图像再现的方法流程；
图6示出借助HD投影前照灯进行的第一和第二图像再现；
图7示出用于将当前的数字图像网格化的步骤次序。
具体实施方式
在图1中示出机动车3，该机动车具有高分辨率的(英语：high definition，HD)投影前照灯1和配属的前照灯控制器2。HD投影前照灯1可以将不同的光源与配属的用于不同照明功能的光学元件组合在共同的壳体中。常见的载客汽车(PKW)具有前照明系统，该前照明系统具有至少一个右侧的和左侧的主前照灯(Hautscheinwerfer)，所述至少一个右侧的和左侧的主前照灯提供近光和远光。通过共同的前照灯控制器2以同步的方式来操控两个主前照灯。
在所绘出的机动车3的情况下，两个主前照灯中的至少一个主前照灯构造为HD投影前照灯1，该投影前照灯除了近光装置和远光装置之外还具有高分辨率的投影模块，借助该高分辨率的投影模块可以将图像4投影到在机动车3前方的道路表面上，该图像具有一个或者多个图形对象，例如符号、字符、辅助线或者任意的其他几何结构。
高分辨率的投影模块除了具有投影光学器件之外还具有主动式LED像素矩阵光源10，该主动式LED像素矩阵光源示例性地在图2中示出。主动式LED像素矩阵光源10基本上包括两个半导体芯片。多个发光二极管单片地集成在第一半导体芯片上，所述发光二极管以mx n的LED矩阵11的形式、即逐行逐列地并排地布置。
第二半导体芯片包含集成式驱动电路12，用于操控LED矩阵11内的每个单个的发光二极管。驱动电路12具有第一电路块121，该第一电路块具有数量为m x n的晶体管，并且该驱动电路在第一电路块121的上方构造在金属化平面中的接触场。具有LED矩阵11的第一半导体芯片借助倒装芯片键合以紧固的方式布置在第二半导体芯片的接触场上。集成式驱动电路12的每个晶体管分别配属于LED矩阵11的一个发光二极管。发光二极管分别构成LED矩阵11的一个有源发光的像素。此外，在第一电路块121中可以设置有温度传感器，借助所述温度传感器可以检测相互连接的第一和第二半导体芯片的芯片温度。
在第二电路块122中布置有控制逻辑，该控制逻辑经由数据连接21与图形控制器20通信。图像数据信号可以由图形控制器20接收，借助该图形控制器，逐行逐列地个体化地操控第一电路块中的各个晶体管。借助脉冲宽度调制(PWM)，可以以不同的亮度来运行每个配属的发光二极管。
此外，主动式LED像素矩阵光源10具有切换调节器13，该切换调节器为LED矩阵11的发光二极管提供恒流电源。恒流电源的功率可以借助另外的脉冲宽度调制(PWM)来调整。因此，借助PWM信号可以调设或者说调整整个LED矩阵的基础亮度。
在图3中示出用于具有主动式LED像素矩阵光源10的HD投影前照灯1的可能的应用例。机动车3在行车道的右侧车道上行驶。借助HD投影前照灯1，将高分辨率的图像4或者说光分布图案在机动车3的前方以具有确定的间距的方式投影到行车道上。图像4包含矩形结构，该矩形结构被投影到机动车3的位于前方的行驶道路上。作为图像4被投影的矩形结构的宽度，即在相对于行车道的横向方向上的宽度，基本上相应于机动车3的宽度。由此提供驾驶员辅助功能，该驾驶员辅助功能使驾驶员能够更好地估计其自己的车辆相对于位于前方的车道的宽度和位置。这样的辅助功能尤其在缩窄的车道中能够是有助的，所述缩窄的车道例如可能在道路施工现场中出现。
观察在图3中绘出的主动式LED像素矩阵光源10，变得清楚的是，为了该矩形结构的投影，集成在第一半导体芯片中的LED矩阵11的多个相邻的像素或发光离子被激活。在该运行状态中，具有LED矩阵11的芯片具有大的、连贯的发光区域，使得在相应的芯片表面内存在高的功率密度。由此导致在芯片中心的发光区域内的高的热密度。尤其是，如果在较长的时间段内进行这种类型的图像再现，则对于主动式LED像素矩阵光源10而言，存在热损伤的风险。
因此，根据现有技术设置，在主动式LED像素矩阵光源10内以传感的方式来监控温度。如果大于温度极限值，则可以借助PWM降低恒流电源的用于对LED矩阵11内的发光离子进行电能供应的功率。随着供电功率的降低，LED矩阵11内的热损耗功率也被减小，使得保护主动式LED像素矩阵光源10免受热损伤。遗憾的是，随着供应功率的降低，LED矩阵11的所有发光像素的亮度也被调暗，使得被投影到行车道上的图像4整体上看起来更暗并且相对于环境的对比也较不明显。
在这点上，采用根据本发明的用于运行高分辨率的投影前照灯的方法。如从图4中能够看到的那样，目标在于，不是同样地降低用于具有LED矩阵11的整个半导体芯片并且因此用于所有像素的供电功率，而是有针对性地降低在具有LED矩阵11的芯片表面上的关键区域中的热损耗功率密度。如图4所示，可以并且应当例如将矩形结构的轮廓以全照明强度投影到沥青上，而如果例如达到了芯片温度的极限值，则降低作为图像4被投影的内表面区域的亮度。
观察在图4中绘出的主动式LED像素矩阵光源10，变得清楚的是，在待投影的矩形结构的边缘区域中，闭合的折线借助被激活的像素发亮。在投影结构的表面中，借助LED矩阵11的发光的和不发光的发光二极管能够看到棋盘状图案。这背后的构思是，减少LED矩阵11的在连贯的表面区域中同时发光的像素的数量，使得在该表面区域内并且在一段时间内平均地，较少的损耗功率和废热被引入到主动式LED像素矩阵光源10的半导体芯片中。相反，不降低代表待投影的结构的外侧折线的像素的发光强度由此，被投影到行车道上的图像4具有未被改变的、相对于未被照明的外部环境的高对比度，而LED矩阵11中的热量损耗功率密度可以被降低几乎一半。
这些方面可以尤其借助在下文描述的且在图5中示出的方法来实现，该方法用于将数字图像网格化用以借助HD投影前照灯1进行图像再现。
在第一步骤110中，从图形控制器20接收或从数据存储器中加载当前的图形数据，所述当前的图形数据具有至少一个图形对象。一个或多个图形对象可以作为像素图形数据和/或矢量图形数据存在。在第二步骤120中，通过图形控制器20检查，对于主动式LED像素矩阵光源10而言，是否已达到或将达到热负荷极限。
对主动式LED像素矩阵光源10的热负荷极限的求取可以通过不同方式来实现。一方面，可以经由数据连接21从第二电路块122的控制逻辑接收温度数据，将所述温度数据与存储在图形控制器20中的温度极限值进行比较。替代地，可以从网格化的数字图像的历史中计算热负荷，所述网格化的数字图像是在当前的数字图像之前在定义的时间间隔内被网格化并且借助HD投影前照灯1再现的。这就是说，引入到主动式LED像素矩阵光源10中的热损耗功率可以通过发光像素的数量和持续时间来估计。
如果在第二步骤120中求取出没有达到或者超过热负荷极限，则在最终步骤140中，将来自当前的像素和/或矢量图形数据中的如下当前的数字图像网格化：该当前的数字图像匹配于LED矩阵11的分辨率用于图像再现，并且可以作为图像信号经由数据连接21传送给HD投影前照灯1的主动式LED像素矩阵光源10的控制逻辑。
相反，如果在第二步骤120中已确定达到或者说超过热负荷极限，则根据步骤次序130来处理作为像素图形数据和/或矢量图形数据存在的图形对象。
借助图7示例性地阐述步骤次序130的流程。在图形控制器20的工作存储器中存储有当前的图形数据，所述当前的图形数据代表在机动车3的前方待投影的符号50。在第一子步骤131中，将符号50分割成折线51和表面区域52。在第二子步骤132中，针对LED矩阵11的分辨率，将符号50的折线51以预确定的线宽62网格化。在并行的第二子步骤133中，针对LED矩阵11的分辨率，将符号50的表面区域52网格化。为此，提供点掩码60，该点掩码作为数据组被保存在图形控制器20中，并且借助该点掩码可以相应于LED矩阵11的分辨率将每第二个像素掩蔽在棋盘状结构中。在网格化时，借助点掩码60来调制表面区域52，使得所掩蔽的像素中的每个像素被停用，并且因此在网格化的表面区域54中只有每第二个图像点才是激活的。
附加地，通过图形控制器20保存反向点掩码61，使得为了将图像的序列网格化，交替地在点掩码60与反向点掩码61之间进行更换。
在最后一个子步骤134中，将网格化的折线53和网格化的表面区域54叠加成网格化的数字图像55。最终，网格化的数字图像55可以作为图像信号经由数据连接21传送给HD投影前照灯1的主动式LED像素矩阵光源10的控制逻辑。
在图6a中绘出借助HD投影前照灯1用上述方法进行的图像再现。为了降低在主动式LED像素矩阵光源10中的热损耗功率，仅降低符号的表面区域的亮度，其方式是，在图像序列中在时间上和在地点上交替地例如使图像点的一半熄灭。符号的折线以最大亮度发光，使得实现相对于环境的最大对比度。
与此相比，图6b示出在降低用于为LED矩阵的所有像素供电的恒流电源的功率的情况下符号的图像再现。与环境的对比度相对较明显地被降低。
尽管已经通过实施例更详细地说明和阐述主题，但是本发明不受限于所公开的示例，并且其他变型可以由本领域技术人员从中推导出。因此，明显存在多个变型可能性。同样明显的是，示例性地提到的实施方式仅表示示例，这些示例无论如何都不应理解为对如本发明的保护范围、应用可能性或配置的限制。相反，先前的描述和附图描述使得本领域技术人员能够具体地实现示例性的实施方式，其中，本领域技术人员在了解所公开的发明构思的情况下例如可以在示例性的实施方式中所提及的各个元件的功能或者布置方面进行各种改变，而不脱离通过权利要求及其法律等同物(例如说明书中的进一步阐述)所定义的保护范围。
附图标记列表
1 投影前照灯
2 前照灯控制器
3 机动车
4 被投影的图像
10 主动式LED像素矩阵光源
11 集成式LED矩阵
12 集成式驱动电路
121 电路块
122 电路块
13 恒流电源
20 图形控制器
21 数据连接
50 符号
51 折线
52 表面区域
53 网格化的折线
54 网格化的表面区域
55 网格化的数字图像
60 点掩码
61 反向点掩码
62 线宽
100 方法
110 第一步骤
120 第二步骤
130 步骤次序
131 第一子步骤
132 第二子步骤
133 并行的第二子步骤
134 最后一个子步骤
140 最终步骤

Claims (10)

1.一种用于运行用于机动车(3)的高分辨率的投影前照灯(1)的方法，其中，所述高分辨率的投影前照灯(1)包括主动式LED像素矩阵光源(10)，所述主动式LED像素矩阵光源包括LED矩阵(11)和驱动电路(12)，所述LED矩阵单片地集成在半导体芯片上，所述LED矩阵具有多个基于发光二极管的像素，所述驱动电路用于单独地操控在所述LED矩阵(11)内的每个单个的像素，其中，借助图形控制器(20)持续地将来自图形数据的图像的序列中的当前的数字图像(55)网格化并且提供用于借助所述投影前照灯(1)进行的图像再现，所述图形数据具有至少一个图形对象(50)，其中，持续地求取用于所述主动式LED像素矩阵光源(10)的热负荷的值，使得在将当前的数字图像网格化时，如果用于所述热负荷的值大于极限值，则至少部分地借助掩模将待投影的图形对象(50)的表面区域(52)掩蔽并且对所述表面区域进行调制。
2.根据上述权利要求1所述的方法，其中，将待投影的图形对象(50)的折线(51)以预给定的线宽(62)网格化。
3.根据上述权利要求1或2中任一项所述的设备，其中，提供点掩码(60，61)作为掩模，使得在将待投影的图形对象(50)的表面区域(52)网格化时，分别将所述当前的数字图像(55)的各两个相邻的像素中的一个像素隐没并且分别将所述当前的数字图像(55)的各两个相邻的像素中的一个像素相应于待投影的图形对象(50)的相应的图形数据网格化。
4.根据上述权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，提供第一掩模图案和第二掩模图案作为掩模，使得在当前的数字图像的图像序列中，在将相应的当前的数字图像(55)网格化时分别交替地使用所述第一掩模图案和所述第二掩模图案。
5.根据上述权利要求4所述的设备，其中，借助所述第二掩模图案提供与所述第一掩模图案反向的掩模。
6.一种用于机动车(3)的投影前照灯系统，所述投影前照灯系统具有图形控制器(20)和至少一个高分辨率的投影前照灯(1)，其中，所述高分辨率的投影前照灯(1)具有主动式LED像素矩阵光源(10)，所述主动式LED像素矩阵光源包括LED矩阵(11)和驱动电路(12)，所述LED矩阵单片地集成在半导体芯片上，所述LED矩阵具有多个基于发光二极管的像素，所述驱动电路用于单独地操控在所述LED矩阵(11)内的每个单个的像素，其中，所述图形控制器(20)具有计算单元和存储器装置，其中，在所述存储器装置中存储有用于至少一个待投影的图形对象(50)的图形数据和至少一个掩模数据组，其中，所述计算单元构造为，借助所述掩模数据组这样调制所述图形数据，使得在将当前的数字图像网格化用以借助所述高分辨率的投影前照灯(1)进行投影时，在待投影的图形对象(50)的表面区域中至少部分地进行掩蔽。
7.根据上述权利要求6所述的投影前照灯系统，其中，所述图形控制器(20)此外设立为，求取所述LED像素矩阵光源(10)的热负荷。
8.根据上述权利要求6或7中任一项所述的投影前照灯系统，其中，在所述存储器装置中存储有第一掩模数据组和第二掩模数据组，其中，所述第二掩模数据组包含与所述第一掩模数据组反向的掩模图案。
9.一种计算机程序，当所述计算机程序在图像控制器(20)内的计算单元上实施时，所述计算机程序指导相应的计算单元实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码，所述程序代码存储在计算机可读的介质上，用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
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