DE102015122665A1

DE102015122665A1 - Leuchtdiodenanordnung, sowie Verfahren zur Dimmung einer Leuchtdiode einer Leuchtdiodenanordnung

Info

Publication number: DE102015122665A1
Application number: DE102015122665.0A
Authority: DE
Inventors: Dieter Nietfeld
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-06-29
Also published as: WO2017108393A1; CN108476567A; US20180310377A1; CN108476567B; US10555391B2

Abstract

Leuchtdiodenanordnung, umfassend mindestens eine Leuchtdiode (1), eine Steuereinrichtung (4), die zur Dimmung der mindestens einen Leuchtdiode (1) mittels Pulsweitenmodulation eingerichtet ist, wobei sich die Pulsweitenmodulation durch einen Takt (T) und eine Impulsdauer (τ) während eines Taktes auszeichnet, wobei die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Leuchtdiode (1) mit Paketen (P) aus mindestens zwei Takten anzusteuern, wobei die Steuereinrichtung (4) wahlweise dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Leuchtdiode (1) in einer ersten Betriebsart (B1 ,p) und mindestens einer zweiten Betriebsart (B2 ,p) anzusteuern, wobei die mindestens eine Leuchtdiode (1) in der ersten Betriebsart mit gleichen Impulsdauern (τ) innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird und in der zweiten Betriebsart mit mindestens einer unterschiedliche Impulsdauer innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird, sowie Verfahren zur Dimmung einer Leuchtdiode einer Leuchtdiodenanordnung, umfassend mindestens einer Leuchtdiode mit einer Steuereinrichtung (4), die zur Dimmung der mindestens einen Leuchtdiode (1) mittels Pulsweitenmodulation eingerichtet ist, wobei sich die Pulsweitenmodulation durch eine Takt (T) und eine Impulsdauer (τ) während eines Taktes auszeichnet, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Bildung von Paketen aus mindestens zwei Takten und Ansteuern der mindestens einen Leuchtdiode in einer ersten Betriebsart, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Leuchtdiode mit gleichen Impulsdauern (τ) innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird oder in einer zweiten Betriebsart, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Leuchtdiode mit mindestens einer unterschiedliche Impulsdauer innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Dimmung einer Leuchtdiode einer Leuchtdiodenanordnung gemäß Anspruch 7.
Die Helligkeit von Leuchtdioden (LEDs) kann mittels Pulsweitenmodulation (PWM) eingestellt werden. Im Wesentlichen wird der Strom der Leuchtdiode mittels Pulsweitenmodulation (PWM) periodisch ein und ausgeschaltet. Hier wird das Tastverhältnis (ein- zu ausgeschalteter Zeitanteil) verändert, während Stromstärke und Pulsfrequenz konstant sind.
Derart dimmbare Leuchtdioden werden heutzutage in vielen Bereichen zu Beleuchtungszwecken eingesetzt, beispielsweise in PWM-gedimmten LED-Verkehrstafeln, LED-Autorückleuchten, LED-Tagfahrlichtern, aber auch in sogenannten Matrixsystemen, die als Hauptscheinwerfer in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden und aus beispielsweise 100 × 100 LEDs oder gar 1000 × 1000 LEDs bestehen. In letztgenannten Matrixsystemen werden beispielsweise manche LEDs gedimmt, da es ansonsten zu Blendwirkungen kommen kann. So können beispielsweise diejenigen LEDs gedimmt werden, deren Licht auf stark reflektierende Verkehrsschilder gerichtet ist. Letztendlich kann das von einem Matrixsystem ausgesandte Licht dem auszuleuchtenden Bereich dynamisch angepasst werden.
Wird das PWM Verfahren zur Dimmung der jeweiligen Leuchtdioden eingesetzt, kann es zu dem sogenannten Perlschnureffekt kommen.
„Als Perlschnureffekt bezeichnet man eine optische Täuschung verursacht durch eine rasche Augenbewegungen auf eine gepulst betriebene Lichtquelle hin bzw. von dieser weg. Aufgrund der Trägheit der Rezeptoren im Auge führt es zum mehrfachen Erscheinen der Lichtquelle, zum Beispiel PWM-gedimmte Leuchtdiode-Verkehrstafel oder Leuchtdiode-Autorückleuchten. Je nach Pulsfrequenz kann dieser Effekt auch dann auftreten, wenn beim direkten Betrachten kein Flimmern wahrnehmbar ist, was zu Irritationen führen kann.” (Quelle: www.emk.tu-darmstadt.de).
Unter anderem aus diesem Grunde werden die LEDs mit einer so hohen Frequenz (PWM-Frequenz) geschaltet, dass das menschliche Auge kein Flimmern wahrnimmt. In der Regel sind 250 Hz oder mehr ein akzeptabler Wert.
Die oben genannten Matrix-Systeme werden häufig mittels Video-Schnittstellen angesteuert. Ein Standard ist beispielsweise die RGB Schnittstelle. Ausgehend von beispielsweise RGB666 und der Dimminformation pro Leuchtdiode von 6 bit, ergeben sich 64 Dimm-Stufen (2⁶). Bei 250 Hz PWM-Frequenz wäre der sich ergebende Takt entsprechend 4 ms. Bei 64 Dimm-Stufen ergibt sich eine Auflösung von 4 ms/64 = 62,5 μs. Wenn beispielsweise eine Dimmung von 50% appliziert werden soll, ergibt sich eine Einschaltzeit für eine Leuchtdiode von 2 ms und eine Ausschaltzeit von 2 ms. Bei einer Auflösung von 64 Stufen wäre die nächsthöhere mögliche Dimmung 2,0625 ms/4 ms = 51,5%. Dies entspricht einem Inkrement von 1,5%, welches für viele Anwendungen zu hoch ist. Bei mehreren, unterschiedlich hellen LEDs ergeben sich beispielsweise deutlich sichtbare Rasterungen. Viele OEMs fordern daher Auflösungen von < 1%.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, eine verbesserte Leuchtdiodenanordnung vorzuschlagen, insbesondere eine Leuchtdiodenanordnung vorzuschlagen, die einerseits den Perlschnureffekt vermeidet bzw. einen nur minimalen Perlschnureffekt aufweist und andererseits eine feinere Dimmung, insbesondere < 1% Schritte, ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Leuchtdiode-Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Leuchtdiode mit Paketen aus mindestens zwei Takten anzusteuern, wobei die Steuereinrichtung wahlweise dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Leuchtdiode in einer ersten Betriebsart und mindestens einer zweiten Betriebsart anzusteuern, wobei die mindestens eine Leuchtdiode in der ersten Betriebsart mit gleichen Impulsdauern innerhalb des Paketes angesteuert wird und in der zweiten Betriebsart mit mindestens einer unterschiedlichen Impulsdauer innerhalb des Paketes angesteuert wird, kann eine feinere Dimmung vorgenommen werden und/oder der Perlschnureffekt vermieden werden. Eine mögliche Vorgehensweise gestaltet sich wie folgt.
Ausgehend von der ansonsten konstanten PWM Frequenz von 250 Hz und dem sich hieraus ergebenden Takt T von 4 ms könnten in dem ersten Takt T₁ von 4 ms 51,5% Helligkeit appliziert werden. Dies entspricht bei einer Auflösung von 64 Dimm-Stufen (2⁶) einer Impulsdauer bzw. Einschaltzeit von (33/64)·4 ms = 2,0625 ms und einer entsprechenden Ausschaltzeit von (31/64)·4 ms = 1,9375 ms. In den nächsten drei Takten T₂ bis T₄ können beispielsweise 50% Helligkeit appliziert werden, sprich jeweils 2 ms Einschaltzeit und 2 ms Ausschaltzeit. In den vier 4 ms Takten, die zu einem Paket P zusammengefasst sind, stellt sich für das Auge ein Mittelwert von (51,5% + 3·50%)/4 = 50,375% ein. Dementsprechend kann in dieser zweiten Betriebsart mit Paketen mit unterschiedlichen Impulsdauern ein Inkrement von 0,375% erreicht werden, die Auflösung also gesteigert werden.
Andererseits kann in der ersten Betriebsart, bei der keine unterschiedlichen Impulsdauern innerhalb des Paketes vorgesehen sind, dem Perlschnureffekt vorteilhaft entgegengewirkt werden, wenn eine entsprechend hohe PWM Frequenz gewählt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Leuchtdiodenanordnung eine Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, insbesondere 100 × 100 oder 1000 × 1000 Leuchtdioden die als Matrixsystem zusammengefasst sind. Eine derartig ausgestaltete Leuchtdiodenanordnung kann vorteilhaft, beispielsweise als Hauptscheinwerfer eines Fahrzeuges eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Leuchtdiodenanordnung zur Beleuchtung mindestens eines Punktes eingerichtet ist, wobei die Leuchtdiodenanordnung mit einer Erfassungseinrichtung ausgestattet ist, die zur Erfassung der relativen Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, des mindestens einen Punktes in Bezug auf die Erfassungseinrichtung eingerichtet ist. Durch diese Maßnahme kann eine individuelle Anpassung an Beleuchtungssituationen vorgenommen werden, wobei das Steuergerät entsprechend diejenige Ansteuerung vornimmt, die für die erfasste Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, des beleuchteten Punktes als optimal vorgegeben ist.
In diesem Zusammenhang kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der mindestens einen Leuchtdiode nach der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit, eingerichtet ist. Hier wird das Steuergerät beispielsweise eine Ansteuerung der mindestens einen Leuchtdiode oder auch Gruppen von Leuchtdioden per erster Betriebsart vornehmen, wenn der beleuchtete Punkt eine sehr schnelle Bewegung relativ zur Erfassungseinrichtung vollzieht. Ein ruhender Punkt demgegenüber würde beispielsweise eine Ansteuerung in der zweiten Betriebsart erfahren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Anzahl der zu einem Paket zusammengefassten Takte zu steuern, insbesondere in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit. Über dieses technische Merkmal wird eine weitere Eingriffsmöglichkeit der Steuereinrichtung im Hinblick auf die Ansteuerung der mindestens einen Leuchtdiode ermöglicht. So kann hierüber die sich ergebende Helligkeitsmodulation über die Anzahl der zu einem Paket zusammengefassten Takte eingestellt werden, wobei tendenziell bei Paketen, die aus weniger Takten bestehen, die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass die sich hieraus ergebende Helligkeitsmodulation so hochfrequent ist, dass sie vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei der Erfassungseinrichtung um eine Kamera, ein Radarsystem oder Lasersystem handelt. Derartige Systeme bieten zahlreiche Möglichkeiten, die Bewegung des bzw. der Punkte zu erfassen und entsprechend für die Steuereinrichtung aufzubereiten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Verfahren zur Dimmung einer Leuchtdiode einer Leuchtdiodenanordnung vorzuschlagen, insbesondere ein Verfahren vorzuschlagen, welches einem Perlschnureffekt entgegenwirkt und eine feinere Dimmung der mindestens einen Leuchtdiode ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
1 Zusammenfassung der Periodendauern mit mindestens einer unterschiedlichen Impulsdauer in Pakete (zweite Betriebsart);
2 Zusammenfassung der Periodendauern mit gleichen Impulsdauern in Pakete (erste Betriebsart);
3 eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung mit einer Leuchtdiode in einer schematischen Darstellung;
4 eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung mit einer Leuchtdiode und einer Erfassungseinrichtung in einer schematischen Darstellung (Stillstand des Punktes);
4a eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung mit einer Leuchtdiode und einer Erfassungseinrichtung in einer schematischen Darstellung (moderate Bewegung des Punktes);
4b eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung mit einer Leuchtdiode und einer Erfassungseinrichtung in einer schematischen Darstellung (schnelle Bewegung des Punktes);
5 eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung in Form eines Matrixsystems ohne Erfassungseinrichtung;
6 eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung mit mehreren Leuchtdioden und einer Erfassungseinrichtung in einer schematischen Darstellung (Punkte in erstem Bewegungsmuster);
Bezugszeichenliste

1: Leuchtdiode (Leuchtdiode)
2: zweite Leuchtdiode
3: dritte Leuchtdiode
4: Steuereinrichtung
5: Erfassungseinrichtung
6: Punkt
7: Punkt
8: Punkt
P: Paket
τ: Impulsdauer/Einschaltzeit
T: Takt/Periodendauer
f: Frequenz
B₁ _,p: erste Betriebsart (p = Anzahl der zu einem Paket zusammengefassten Takte)
B_2,p: zweite Betriebsart (p = Anzahl der zu einem Paket zusammengefassten Takte)

Eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung umfasst im Wesentlichen mindestens eine Leuchtdiode 1 und eine Steuereinrichtung 4, die zur Dimmung der mindestens einen Leuchtdiode mittels Pulsweitenmodulation eingerichtet ist, wobei die Pulsweitenmodulation im Wesentlichen durch einen Takt T und eine Impulsdauer τ innerhalb des Taktes T bestimmt ist.
Eine erfindungsgemäße Leuchtdiodenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung 4 dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Leuchtdiode 1 mit Paketen P aus mindestens zwei Takten T anzusteuern, wobei die Impulsdauern τ innerhalb der Takte T eines Paketes P gleich sind (erste Betriebsart) oder mindestens eine unterschiedliche Impulsdauer τ innerhalb eines Paketes P vorgesehen ist (zweite Betriebsart).
Wie bereits angedeutet, ergeben sich hieraus im Wesentlichen zwei Betriebsarten die Leuchtdiode anzusteuern. Der Einfachheit halber soll bei der nachfolgenden Erläuterung von einer ersten Betriebsart gesprochen werden, wenn die Impulsdauern τ innerhalb der Takte T eines Paketes P gleich sind, und von einer zweiten Betriebsart, wenn mindestens eine unterschiedliche Impulsdauer τ innerhalb eines Paketes P vorgesehen ist.
Am Beispiel von vier Takten, sind die beiden Betriebsarten in den 1 und 2 dargestellt.
Die Leuchtdiodenanordnung kann mehr als eine Leichtdiode umfassen, beispielsweise eine Mehrzahl von Leuchtdioden, die in einem sogenannten Matrixsystem zu 100 × 100 oder 1000 × 1000 LEDs zusammengefasst sind.
Die Steuereinrichtung kann ferner dazu eingerichtet sein, die Anzahl der zu einem Paket zusammengefassten Takte zu steuern. Das Paket kann grundsätzlich ein ganzzahliges Vielfaches des Taktes umfassen, beispielsweise zwei oder vier Takte.
Die Leuchtdiodenanordnung kann ferner zur Beleuchtung mindestens eines Punktes 6 eingerichtet sein, wobei die Leuchtdiodenanordnung mit einer Erfassungseinrichtung 5 ausgestattet ist, die zur Erfassung der relativen Bewegungsgeschwindigkeit des mindestens einen Punktes 6 in Bezug auf die Erfassungseinrichtung 5 eingerichtet ist.
Als Punkt kann grundsätzlich jedes reflektierende Objekt angesehen werden, welches das von der mindestens einen Leuchtdiode ausgesandte Licht reflektiert.
In diesem Zusammenhang kann die Steuereinrichtung 4 zur Auswertung dieser Bewegungsinformationen eingerichtet sein, um hieraus die Ansteuerung der mindestens einen Leuchtdiode 1 nach der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart und/oder zur Steuerung der Anzahl der zu einem Paket P zusammengefassten Takte T in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des mindestens einen Punktes 6 vorzunehmen.
Aus diesen Steuerungsmöglichkeiten ergeben sich zahlreiche, hier nicht abschließend aufgezählte Möglichkeiten zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenanordnung bzw. des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens.
Grundsätzlich lässt sich die Pulsweitenmodulation anhand ihrer Impulsdauer τ und des Taktes T beschreiben. Der Takt, auch Periodendauer genannt, ergibt sich letztendlich aus der PWM Frequenz als T = 1/f.
Zur Dimmung einer Leuchtdiode wird die Impulsdauer τ, auch als Einschaltzeit bezeichnet, verändert. Einfach ausgedrückt, je länger die Impulsdauer τ innerhalb eines Taktes, desto heller, bzw. je kürzer die Impulsdauer τ, desto dunkler ist die Leuchtdiode.
Die Leuchtdiodenanordnung, insbesondere die Steuereinrichtung 4, erhält ihre Dimminformation häufig von einer Video Schnittstelle beispielsweise im Format RGB666, so dass die Dimminformation in einer Auflösung von 6 Bit vorliegen und sich 64 Dimm-Stufen (2⁶) ergeben.
Bei 64 Dimm-Stufen für die Leuchtdiode 1 und einer PWM Frequenz von 250 Hz für die Pulsweitenmodulation ergibt sich eine Auflösung von 4 ms/64 = 62,5 μs. Wenn beispielsweise eine Dimmung von 50% appliziert werden soll, ergibt sich eine Einschaltzeit für eine Leuchtdiode 1 von 2 ms und eine Ausschaltzeit von 2 ms. Bei einer Auflösung von 64 Stufen wäre die nächsthöhere mögliche Dimmung 2,0625 ms/4 ms = 51,5%. Dies entspricht einem Inkrement von 1,5%.
Nunmehr können über die Ansteuerung der mindestens einen Leuchtdiode 1 in der zweiten Betriebsart kleinere Dimmschritte erreicht werden.
Ausgehend von der ansonsten konstanten PWM Frequenz von 250 Hz und dem sich hieraus ergebenden Takt T von 4 ms könnten in dem ersten Takt T₁ von 4 ms 51,5% Helligkeit appliziert werden. Dies entspricht bei einer Auflösung von 64 Dimm-Stufen (2⁶) einer Impulsdauer bzw. Einschaltzeit von (33/64)·4 ms = 2,0625 ms und einer entsprechenden Ausschaltzeit von (31/64)·4 ms = 1,9375 ms. In den nächsten drei Takten T₂ bis T₄ können beispielsweise 50% Helligkeit appliziert werden, sprich jeweils 2 ms Einschaltzeit und 2 ms Ausschaltzeit. In den vier 4 ms Takten, die zu einem Paket P zusammengefasst sind, stellt sich für das Auge ein Mittelwert von (51,5% + 3·50%)/4 = 50,375% ein. Dementsprechend kann in dieser zweiten Betriebsart mit Paketen mit unterschiedlichen Impulsdauern ein Inkrement von 0,375% erreicht werden, die Auflösung also gesteigert werden. Dieses Vorgehen könnte auch als Dithering angesprochen werden. Nachteilig an dieser Betriebsart könnte sein, dass sich eine Modulation der Helligkeit von, in diesem Beispiel 62,5 Hz, ergibt, da die Länge eines Paketes P 16 ms beträgt und sich dieses Paket P entsprechend alle 16 ms wiederholt.
In Zusammenschau mit dem eingangs genannten Beispiel lassen sich auch Pakete P mit gleichen Impulsdauern τ in den Takten erzeugen. Dies ist in der 2 schematisch anhand von vier Takten T₁ bis T₄ angedeutet, die zu einem Paket P zusammengefasst sind und alle gleiche Impulsdauern enthalten. Dies entspricht letztendlich der ersten Betriebsart.
Es ergeben sich für die beiden Betriebsarten vorteilhafte Eigenschaften der Leuchtdiodenanordnung. Bei der ersten Betriebsart ist eine nicht so feine Abstufung der Dimmung möglich, dafür tritt keine Modulation im Zyklus der Pakete auf und der Perlschnureffekt ist entsprechend der gewählten Taktfrequenz vermindert bzw. nicht wahrnehmbar.
Demgegenüber eröffnet die zweite Betriebsart die Möglichkeit für eine feinere Abstufung der Dimmung. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass sich eine für das menschliche Auge wahrnehmbare Helligkeitsmodulationen ergibt. Ferner ist möglicherweise nicht ausgeschlossen, dass hierdurch ein – wenn auch schwacher – Perlschnureffekt auftritt.
Tendenziell ist bei Paketen, die aus weniger Takten bestehen, die Wahrscheinlichkeit größer, dass die sich hieraus ergebende Helligkeitsmodulation so hochfrequent ist, dass sie vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen wird. Wenn beispielsweise mit einer PWM Frequenz von 250 Hz gearbeitet wird, dann liegt die Wiederholfrequenz der Pakete aus zwei Takten bei 125 Hz, wohingegen die Wiederholfrequenz von Paketen aus vier Takten bei 62,5 Hz liegen wird. Letztere kann ggf. vom menschlichen Auge wahrgenommen werden, wohingegen eine Modulation von 125 Hz ggf. nicht wahrgenommen wird.
Eine Leuchtdiodenanordnung in einer einfachen Ausführungsform mit einer Leuchtdiode und einer Steuereinrichtung ist in der 3 dargestellt. Über die Bezugszeichen B₁ _,p und B_2,p ist angedeutet, dass die Leuchtdiode in der ersten Betriebsart und in der zweiten Betriebsart angesteuert werden kann, mit beispielsweise jeweils p = 2 oder 4 Takte pro Paket.
Wie bereits oben angedeutet, kann die Leuchtdiodenanordnung neben der Leuchtdiode 1 und der Steuereinrichtung 4 eine Erfassungseinrichtung 5 umfassen. In 4, 4a und 4b ist eine schematische Darstellung einer derartigen Leuchtdiodenanordnung dargestellt.
Im Prinzip soll die mindestens eine Leuchtdiode 1 in der zweiten Betriebsart (Dithering) angesteuert werden, wenn sich der Punkt nicht bewegt (4) oder nur moderat bewegt (4a, v₁) und in der ersten Betriebsart (4b), wenn sich der Punkt schnell bewegt (v₂), wobei hier insbesondere die Winkelgeschwindigkeit ω₁ bzw. ω₂ des Punktes in Bezug auf die Erfassungseinrichtung berücksichtigt werden soll. Es kann ferner eine entsprechende Ansteuerung hinsichtlich der zu einem Paket zusammengefassten Takte vorgenommen werden, beispielsweise vier Takte, wenn sich der Punkt nicht bewegt und zwei Takte, wenn sich der Punkt moderat schnell bewegt. Im Ergebnis ergeben sich die oben bereits skizzierten Vorteile hinsichtlich Auflösung, Perlschnureffekt und Helligkeitsmodulation.
Die oben skizzierten Prinzipien können auch auf mehr als eine Leuchtdiode, insbesondere Matrixsysteme, umfassend beispielsweise 100 × 100 oder 1000 × 1000 Leuchtdioden, übertragen werden. Die Steuereinrichtung steuert in diesem Falle nicht nur eine Leuchtdiode, sondern jede Leuchtdiode des Matrixsystems an.
In einer Ausführungsform der Leuchtdiodenanordnung als Matrixsystem, jedoch ohne eine Erfassungseinrichtung, können häufig auftretende Beleuchtungssituationen berücksichtigt werden, um die oben skizzierten Betriebsarten gezielt und vorteilhaft einzusetzen. Dabei können bestimmte Zonen von Leuchtdioden des Matrixsystems zusammengefasst werden, beispielsweise eine Zone in welcher die Leuchtdioden in der ersten Betriebsart B₁ angesteuert werden, eine zweite Zone, in welcher die Leuchtdioden in der zweiten Betriebsart mit zwei Takten pro Paket B_2,2 und eine dritte Zone, in der die Leuchtdioden in der zweiten Betriebsart mit vier Takten pro Paket B_2,4 angesteuert werden. Bei der Anzahl von Takten pro Paket handelt es sich selbstverständlich nur um beispielhafte Werte. Die Steuereinrichtung kann hier individuell eingerichtet werden und beispielsweise eine maximale Anzahl von Takten definieren, die zu Paketen zusammengefasst werden können. Eine derartige Leuchtenanordnung ist in der 5 schematisch dargestellt.
Die oben skizzierte Leuchtdiodeneinrichtung lässt sich an einem praktischen Beispiel vorteilhaft verdeutlichen.
Ausgehend von einem Matrixsystem als beispielsweise Hauptscheinwerfer eines Motorrades, können die Ränder des Matrixsystems beispielsweise mit LEDs ausgestattet sein, welche in der ersten Betriebsart angesteuert werden, sprich die erste Zone Z₁ bilden. Diese äußeren Zonen Z₁ leuchten in der Regel den Straßenrand aus, welcher sich bei einem fahrenden Motorrad sehr rasch an dem Matrixsystem vorbeibewegt. Hier ist der zu erwartende Modulationseffekt und ein Perlschnureffekt äußerst unerwünscht, andererseits eine feine Abstufung der Dimmung nicht notwendig, so dass diese LEDs in der ersten Betriebsart angesteuert werden können.
Demgegenüber beleuchtet der mittlere Bereich des Matrixsystems weiter entfernte, sich aber weniger bis gar nicht relativ bewegende Objekte, wie beispielsweise die Straßenmitte, etc. Insofern kann beispielsweise der mittlere Bereich des Matrixsystems in der zweiten Betriebsart B_2,4 mit der maximalen Anzahl an Takten pro Paket angesteuert werden, so dass eine feinere Helligkeitsabstufung erreicht werden kann. Die zweite Zone wird entsprechend durch den mittleren Bereich gebildet.
Zwischen den Rändern und dem mittleren Bereich können Leuchtdioden der dritten Zone angeordnet sein, beispielsweise weil von diesen Leuchtdioden in der Regel moderat bewegte Punkte angeleuchtet werden. Es ist insofern vorteilhaft diese Leuchtdioden in der zweiten Betriebsart B_2,2 mit beispielsweise zwei Takten pro Paket anzusteuern.
Die zuvor skizzierte Leuchtdiodenanordnung in Form eines Matrixsystems kann ebenfalls mit einer Erfassungseinrichtung ausgestattet werden. Die Leuchtdiodenanordnung beleuchtet entsprechend eine Vielzahl von Punkten. Die Erfassungseinrichtung kann entsprechend dazu eingerichtet sein, die Bewegung eines jeden Punktes zu erfassen welcher von dem Matrixsystem beleuchtet wird. Dies kann soweit verfeinert werden, dass für jede Leuchtdiode erfasst werden kann, welcher Punkt gerade beleuchtet wird, worauf anhand der Bewegung des Punktes die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die entsprechende Leuchtdiode mit der jeweils geeigneten Betriebsart anzusteuern und/oder entsprechende Einstellungen hinsichtlich der Anzahl der zu einem Paket zusammengefassten Takte vorzunehmen.
Um es an einem konkreten Beispiel festzumachen, kann erneut an dem Beispiel des Hauptscheinwerfers eines Motorrads angeknüpft werden. Das Motorrad fährt eine Landstraße entlang, die erste Leuchtdiode beleuchtet einen Punkt des Straßenrandes, wie beispielsweise einen Randbegrenzungspfahl. Die zweite Leuchtdiode beleuchtet ein sich im Querverkehr näherndes Fahrzeug und die dritte Leuchtdiode Zone beleuchtet eine Brücke in einiger Entfernung. Die Erfassungseinrichtung erfasst dieses Szenario und steuert die Zonen bzw. Leuchtdioden in der entsprechenden Betriebsart und mit der entsprechenden Anzahl an Takten innerhalb der Pakete an.
Wechselt das Szenario, beispielsweise leuchtet die erste Leuchtdiode einen relativ zu der Erfassungseinrichtung ruhenden Punkt an, steuert die Steuereinrichtung die erste Leuchtdiode in der zweiten Betriebsart (Dithering) an, usw.
Das oben skizzierte Beispiel geht von einer sehr idealtypischen Zuordnung von Leuchtdioden und hiervon beleuchteten Punkten aus. Grundsätzlich kann bis auf diese Detailebene gegangen werden. In der Praxis können aber ebenso Leuchtdioden des Matrixsystems zu Zonen zusammengefasst werden, die entsprechend der Bewegung der beleuchteten Punkte durch die Steuereinrichtung entsprechend angesteuert werden.
Hinsichtlich der relativen Bewegung zwischen der Erfassungseinrichtung und dem Punkt soll in erster Näherung die Winkelgeschwindigkeit zu Grunde gelegt werden. Ein Punkt, der sich direkt auf die Erfassungseinrichtung bzw. die Leuchtdiodenanordnung zubewegt, weist zwar eine relative Bewegung zu der Erfassungseinrichtung auf, ist aber hinsichtlich des Perlschnureffektes vernachlässigbar, da keine Querbewegung stattfindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.emk.tu-darmstadt.de [0005]

Claims

Leuchtdiodenanordnung, umfassend mindestens – eine Leuchtdiode (1), – eine Steuereinrichtung (4), die zur Dimmung der mindestens einen Leuchtdiode (1) mittels Pulsweitenmodulation eingerichtet ist, wobei sich die Pulsweitenmodulation durch einen Takt (T) und eine Impulsdauer (τ) während eines Taktes auszeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Leuchtdiode (1) mit Paketen (P) aus mindestens zwei Takten anzusteuern, wobei – die Steuereinrichtung (4) wahlweise dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Leuchtdiode (1) in einer ersten Betriebsart (B₁ _,p) und mindestens einer zweiten Betriebsart (B₂ _,p) anzusteuern, wobei die mindestens eine Leuchtdiode (1) in der ersten Betriebsart mit gleichen Impulsdauern (τ) innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird und in der zweiten Betriebsart mit mindestens einer unterschiedliche Impulsdauer innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird.
Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanordnung eine Vielzahl von Leuchtdioden (6, 7, 8) umfasst, insbesondere 100 × 100 oder 1000 × 1000 Leuchtdioden die als Matrixsystem zusammengefasst sind.
Leuchtdiodenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanordnung zur Beleuchtung mindestens eines Punktes (6) eingerichtet ist, wobei die Leuchtdiodenanordnung mit einer Erfassungseinrichtung (5) ausgestattet ist, die zur Erfassung der relativen Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere Winkelgeschwindigkeit (ω), des mindestens einen Punktes (6) in Bezug auf die Erfassungseinrichtung (5) eingerichtet ist.
Leuchtdiodenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der mindestens einen Leuchtdiode (1) in der ersten Betriebsart (B_1,p) oder der zweiten Betriebsart (B₂ _,p) in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit (v), insbesondere Winkelgeschwindigkeit (ω), eingerichtet ist.
Leuchtdiodenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Anzahl der zu einem Paket (P) zusammengefassten Takte (T) zu steuern, insbesondere in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit (v), insbesondere Winkelgeschwindigkeit (ω).
Leuchtdiodenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Erfassungseinrichtung um eine Kamera, ein Radarsystem oder Lasersystem handelt.
Verfahren zur Dimmung einer Leuchtdiode einer Leuchtdiodenanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens einer Leuchtdiode mit einer Steuereinrichtung (4), die zur Dimmung der mindestens einen Leuchtdiode (1) mittels Pulsweitenmodulation eingerichtet ist, wobei sich die Pulsweitenmodulation durch einen Takt (T) und eine Impulsdauer (τ) während eines Taktes auszeichnet, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Bildung von Paketen aus mindestens zwei Takten und Ansteuern der mindestens einen Leuchtdiode in einer ersten Betriebsart, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Leuchtdiode mit gleichen Impulsdauern (τ) innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird oder in einer zweiten Betriebsart, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Leuchtdiode mit mindestens einer unterschiedlichen Impulsdauer innerhalb des Paketes (P) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zu einem Paket (P) zusammengefassten Takte (T) von der Steuereinrichtung gesteuert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanordnung eine Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, insbesondere 100 × 100 oder 1000 × 1000 Leuchtdioden die als Matrixsystem zusammengefasst sind, wobei jede Leuchtdiode oder Gruppen von Leuchtdioden individuell von der Steuereinrichtung hinsichtlich der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart angesteuert wird und insbesondere hinsichtlich der Anzahl der zu einem Paket (P) zusammengefassten Takte (T) gesteuert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanordnung mindestens einen Punkt beleuchtet, wobei die Leuchtdiodenanordnung mit einer Erfassungseinrichtung ausgestattet ist, wobei die Erfassungseinrichtung die relative Bewegungsgeschwindigkeit (v), insbesondere Winkelgeschwindigkeit (ω), des mindestens einen Punktes in Bezug auf die Erfassungseinrichtung erfasst.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsart und/oder die Anzahl der zu einem Paket (P) zusammengefassten Takte (T) in Abhängigkeit von der von der Erfassungseinrichtung erfassten Bewegungsgeschwindigkeit (v), insbesondere Winkelgeschwindigkeit (ω), gesteuert wird.