DE102016122499A1

DE102016122499A1 - Aufteilung einer Gesamtlichtverteilung auf einzelne Scheinwerfermodule unter Berücksichtigung spezifischer lichttechnischer Eigenschaften und Fehlfunktionen

Info

Publication number: DE102016122499A1
Application number: DE102016122499.5A
Authority: DE
Inventors: Boris Kubitza; Udo Venker; Carsten Wilks
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24
Also published as: WO2018095718A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Scheinwerfermodul, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Einstellung eines Scheinwerfermoduls mit wenigstens einem ersten Pixel, welches einen ersten Lichtstrahl mit einer einstellbaren Lichtstärke aussendet. Währenddessen sendet ein zweites Pixel einen zweiten Lichtstrahl aus, wobei ein Überlappungspunkt im Schnittpunkt des ersten und zweiten Lichtstrahls ausgeleuchtet wird. Die Lichtstärke des ersten Pixels wird dabei so eingestellt, dass eine vorgegebene Beleuchtungsstärke im Überlappungspunkt erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Scheinwerfermodul, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Einstellung eines Scheinwerfermoduls, bei welchem die Lichtstärke eines Pixels so eingestellt wird, dass eine vorgegebene Beleuchtungsstärke im Überlappungspunkt mit einem zweiten Pixel erreicht wird.
Die lichttechnischen Eigenschaften der aktuell auf dem Markt befindlichen Lichtsysteme werden in erster Linie durch optische Elemente wie Linsen, Reflektoren und die Lichtquelle selbst bestimmt. Eine Anpassung der Lichtverteilung (Abblendlicht, Fernlicht) im Fahrbetrieb ist nicht immer möglich. Der aktuelle Trend der Scheinwerfertechnologie geht immer mehr in Richtung hochauflösender Scheinwerfer, mit dem sich theoretisch beliebige Lichtverteilungen generieren lassen. Der Vorteil solcher Systeme besteht in der hohen Flexibilität der Lichterzeugung, die durch eine relativ hohe horizontale und vertikale Auflösung einzeln ansteuerbarer Pixel erreicht wird. Durch die hohe örtliche Auflösung lassen sich vorhandene Lichtfunktionen wie z.B. das „blendfreie Fernlicht“ weiter optimieren oder es werden neue Lichtfunktionen ermöglicht.
Wie bisher auch überlagern sich auch bei modernen Scheinwerfern die Ausleuchtungsbereiche zweier Scheinwerfer bei einer typischen Anordnung wie in einem Fahrzeug. Zwar konnten bisher auch statisch optimierte Lichtverteilungen realisiert werden, jedoch bietet sich mit der neuen pixelbasierten Scheinwerfertechnologie die Möglichkeit, Einstellungen pixelweise adaptiv zu gestalten, wodurch sich neue Möglichkeiten ergeben.
Der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, die Ausleuchtung für den Betrachter angenehmer und sicherer zu gestalten, indem möglichst alle Bereiche mit einer gewünschten Helligkeit ausgeleuchtet werden. Dabei werden auch die lichttechnischen Eigenschaften und mögliche Fehler an den verwendeten Scheinwerfermodulen berücksichtigt.
Der Begriff Raumwinkel beschreibt einen Anteil am gesamten Raum, wobei dieser ausgehend von einem Ursprung in winkelförmig auffächernder Weise in den Raum hinausragt. Die Schenkel eines 2D-Winkels sind hierbei Flächen, die in der Regel den Mantel eines Kegels oder einer Pyramide beschreiben. Herkömmliches Licht das in einer orientierten Richtung ausgestrahlt wird, füllt i.d.R. einen Raumwinkel und keine Linie aus, da herkömmliches Licht von einer punktförmigen Lichtquelle auch mit einer Blende nie exakt gerichtet sein würde, so wie es z.B. bei Laserlicht der Fall wäre. Zur Verdeutlichung des räumlichen Aspekts kann er auch als 3D-Raumwinkel bezeichnet werden.
Der Lichtstrom (in Lumen) bezeichnet die pro Sekunde abgestrahlte Leistung an sichtbarem Licht.
Die Lichtstärke (in Candela) bezeichnet den Lichtstrom, der in einen bestimmten Raumwinkel entfällt.
Die Beleuchtungsstärke (in Lux) bezeichnet den Lichtstrom, der auf einer bestimmten Fläche auftrifft. Mit anderen Worten, die Beleuchtungsstärke auf einer beleuchteten Fläche gibt an, welcher Lichtstrom (gemessen in Lumen, Im) auf eine Flächeneinheit (gemessen in Quadratmetern, m²) fällt. Vorliegend ist damit auch der Soll-Lichtwert gemeint, der angibt, wie viel Licht auf der bestimmten Fläche ankommen soll.
Die Leuchtdichte (in cd/m²) bezeichnet den Lichtstrom, der von einer Fläche ausgestrahlt oder rückgestrahlt/reflektiert wird. Vorliegend ist damit auch der Ist-Lichtwert gemeint, der vom Fahrzeug aus sichtbar ist, also die Helligkeit oder Intensität mit der das reflektierte Licht vom Fahrer oder einer Sensorik im Fahrzeug wahrgenommen wird.
Eine Fläche bezeichnet vorliegend die Projektionsfläche, d. h. den Teil einer Oberfläche, auf welcher der Lichtstrom auftrifft und reflektiert oder absorbiert wird. Diese Fläche wird durch das Licht beleuchtet, d.h. auf dieser entfaltet es durch Reflexion seine erhellende Wirkung. Das reflektierte Licht wird zumindest teilweise zu einem potenziellen Betrachter zurückgesendet. Der Anteil des zurückgesendeten Lichts wird durch den Reflexions- bzw. Absorptionsgrad beschrieben.
Die Lichtverteilung bezeichnet die räumliche Verteilung des Lichtes bzw. der Lichtstärke. Die Gesamtlichtverteilung bezeichnet die räumliche Verteilung der gesamten Beleuchtungssvorrichtung, während sich die Lichtverteilung auf Bereiche oder einzelne Beleuchtungselemente beziehen kann.
Die Umgebung bezeichnet den vorausliegenden Bereich, der potenziell von der Beleuchtungsvorrichtung ausleuchtbar ist, auch Szene oder Szenerie genannt. Dies ist die Richtung, in die sich ein Fahrzeug üblicherweise fortbewegt.
Eine Beleuchtungsvorrichtung hat die Fähigkeit, einen Bereich der Umgebung zu beleuchten bzw. einen oder mehrere Lichtstöme in die Richtung der Umgebung zu senden. Dies kann klassischerweise einen oder mehrere Scheinwerfer umfassen, bei einem Fahrzeug insbesondere die Frontscheinwerfer, die der Ausleuchtung der Umgebung dienen. Sinn der Beleuchtung ist üblicherweise, dass der Fahrer oder eine Kamera ein auswertbares optisches Bild oder Eindruck von der Umgebung bekommen können. Eine Beleuchtungsvorrichtung kann vorliegend auch nur einen Teil einer Beleuchtungsanlage, wie ein einzelnes Scheinwerfermodul umfassen oder gar nur eine Gruppe/Array/Segment von Beleuchtungselementen innerhalb eines Scheinwerfers oder Scheinwerfermoduls. Ein Scheinwerfermodul ist dabei meist eine bauliche Einheit und umfasst mindestens ein Beleuchtungselement.
Ein Beleuchtungselement ist eine Vorrichtung, die Licht in einem Lichtstrom abstrahlen kann und einen sogenannten Pixel bildet. Verschiedene Beleuchtungselemente oder Arrays/Module/Segmente von Beleuchtungselementen sind im Wesentlichen dabei unabhängig voneinander in der Lichtstärke steuerbar. Die Steuerbarkeit kann einfaches Ein-/Ausschalten umfassen. In einer komplexeren Version ist auch eine Einstellung der Helligkeit, bzw. des Lichtstroms in Stufen oder stufenlos (dimmbar) möglich.
Der Wirkbereich der Beleuchtungsvorrichtung wird durch die Beleuchtungselemente in viele kleine Bereiche unterteilt (Pixel). Dabei wird innerhalb des Wirkbereiches durch gezieltes Ansteuern der einzelnen Pixel eine Lichtverteilung erzeugt, die entsprechend veränderbar ist. Vorzugsweise erfolgt eine gleichmäßige Unterteilung in Zeilen und Spalten. Es ist aber gleichfalls möglich, dass die Unterbereiche eine unterschiedliche Größe und Form aufweisen und dabei unregelmäßig angeordnet sind.
Hochaufgelöst bedeutet, dass die von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte Lichtverteilung in mehrere Bereiche unterteilt ist (z. B. Pixel oder Pixelarrays), welche sich unabhängig voneinander ansteuern lassen. Dabei kann die Anzahl der Pixel z. B. mehr als 100 oder 1000 oder 10000 oder 100000 betragen. Mit einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung lassen sich neue Lichtfunktionen realisieren oder bestehende entsprechend anpassen und optimieren.
Ein Beleuchtungselement kann eine einzige eigenständig steuerbare Lichtquelle mit einem ausgesendeten Lichtstrom umfassen. Dies ist z. B. bei LED-Modulen der Fall. Alternativ kann auch eine Vorrichtung gemeint sein, die Licht aus einer Lichtquelle, die mehrere Beleuchtungselemente speist, in einen eigenständig steuerbaren Lichtstrom wandelt ohne die Lichtquelle selber zu beeinflussen. Dies ist z. B. bei Modulen auf LCD-, DMD- oder LDP-Basis der Fall.
Eine LCD-Beleuchtungsvorrichtung weist eine oder mehrere Lichtquellen auf, in deren Strahlengang ein LC-Display bzw. eine LCD-Blende eingebracht wird. Das LCD kann eine Auflösung in Zeilen und Spalten haben und ist idealerweise hochauflösend. Folglich erhält der mit der Beleuchtungsvorrichtung ausleuchtbare Bereich die gleiche Auflösung wie das LCD. Durch das Schalten der einzelnen LCD-Pixel wird die gewünschte Lichtverteilung erzeugt.
Die Lichtquelle der LED-Beleuchtungsvorrichtung weist eine LED-Matrix bzw. LED-Pixel-Array auf, d. h. die Lichtquelle besteht aus vielen einzelnen individuell ansteuerbaren LEDs, üblicherweise angeordnet in Zeilen und Spalten. Durch unterschiedliche Helligkeiten der einzelnen LEDs, die üblicherweise in Stufen oder stufenlos dimmbar sind, kann die gewünschte Lichtverteilung eingestellt werden.
Bei einer DMD-Beleuchtungsvorrichtung (basierend auf Mikrospiegelaktorik) oder DLP-Beleuchtungsvorrichtung (Digital Light Processing) wird der Lichtstrahl durch eine Anordnung von beweglichen Mikrospiegeln in Pixel zerlegt und dann pixelweise entweder in den Projektionsweg hinein oder aus dem Projektionsweg hinaus reflektiert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Einstellung eines Scheinwerfermoduls mit wenigstens einem ersten Pixel, welches einen ersten Lichtstrahl mit einer einstellbaren Lichtstärke aussendet. Währenddessen sendet ein zweites Pixel einen zweiten Lichtstrahl aus, wobei ein Überlappungspunkt im Schnittpunkt des ersten und zweiten Lichtstrahls ausgeleuchtet wird. Die Lichtstärke des ersten Pixels wird dabei so eingestellt, dass eine vorgegebene Beleuchtungsstärke im Überlappungspunkt erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin insbesondere gelöst durch ein Scheinwerfermodul welches zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
Zudem ist ein Computerprogrammprodukt zur Einstellung eines Scheinwerfermoduls Gegenstand der Erfindung. Dabei ist vorgesehen, dass das Computerprogrammprodukt derart ausgestaltet ist, dass es ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen kann. Insbesondere kann dabei eine erfindungsgemäßes Scheinwerfermodul zum Einsatz kommen.
Bei hochauflösenden Scheinwerfermodulen wird die Erzeugung einer Lichtverteilung nicht mehr allein durch das optische System vorgegeben, sondern kann durch Veränderung der Sollwerte der einzelnen Pixel bzw. Segmente flexibel angepasst werden. Die Lichtverteilung wird hierbei aus der Überlagerung einzelner Pixel erzeugt. D. h. jedes Pixel besitzt einen gewissen Einfluss oder Anteil an der Lichtverteilung. Damit die „Soll-Gesamtlichtverteilung“ möglichst gut erreicht wird, müssen entsprechende Sollwerte für die verschiedenen Pixel der einzelnen Lichtmodule berechnet werden. Das Verfahren berechnet den notwendigen Anteil des einzelnen Pixels an der Soll-Lichtverteilung, bzw. der einzelnen Module an der Soll-Gesamtlichtverteilung. Durch Veränderung der Pixel-Sollwerte kann der Einfluss der Pixel an der Lichtverteilung angepasst werden.
Jedes Scheinwerfer- bzw. Lichtmodul verfügt über einzeln adressierbare (ansteuerbare) Pixel, die ein-, ausgeschaltet oder entsprechend gedimmt werden können. Basierend auf der Vorgabe einer Soll-Gesamtlichtverteilung können Sollwerte für die Lichtstärke, bzw. Lichtverteilung der Pixel des jeweiligen Scheinwerfermoduls berechnet werden. Das erste Pixel ist Bestandteil des ersten Scheinwerfermoduls. Das zweite Pixel hingegen kann auch Bestandteil des ersten Scheinwerfermoduls sein, muss es aber nicht.
Der Lichtstrahl kann sich in einen Raumwinkel ausbreiten und z. B. eine kegel- oder pyramidenförmige Form ausbilden. In einer idealisiert modellierten Form bildet er einen Strahl mit gleichbleibender Querschnitt, z. B. einer zylinderförmigen Form aus.
Der Überlappungspunkt bezeichnet den Raum, den zwei Lichtstrahlen gemeinsam einnehmen. Dies geschieht dort, wo sich zwei Lichtstrahlen kreuzen und einen Schnittpunkt bilden. Im idealisierten Fall, zweier infinitesimal kleiner Lichtstrahlen wäre das tatsächlich ein Punkt. In der Realität würde sich eine Überlappungsfläche ausbilden oder ein Überlappungsvolumen, bei dreidimensionaler Betrachtung, da reale Lichtstrahlen auch eine gewisse Breite aufweisen. Für die vorliegende Betrachtung macht das jedoch keinen wesentlichen Unterschied.
Die Lichtverteilung bezeichnet hierbei die resultierende Lichtstärke des Lichts des ersten und zweite Pixel in einem Überlappungspunkt. Die Gesamtlichtverteilung bezeichnet hierbei die räumliche Verteilung des Lichtes, bzw. der Lichtstärke, also die Lichtverteilungen mehrerer oder aller Pixel.
Der Überlappungsbereich ist hingegen der Bereich, bzw. die Fläche oder Volumen, den beide Scheinwerfermodule gemeinsam ausleuchten. Er entspricht daher im Wesentlichen der Summe aller Überlappungspunkte.
Dadurch dass 2 Pixel daran beteiligt sind, die gewünschte Beleuchtungsstärke zu erreichen, ergibt sich eine vorteilhafte Redundanz und genauere Einstellmöglichkeit.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung befindet sich in dem Verfahren der zweite Pixel in einem zweiten Scheinwerfermodul und die Lichtstärke (zweite Lichtstärke) des zweiten Pixels ist einstellbar. Die erste und zweite Lichtstärke wird so eingestellt, dass die vorgegebene Beleuchtungsstärke erreicht wird.
Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine breiter gefächertere Einstellmöglichkeit, wenn beide Pixel beeinflussbar sind. So kann beispielsweise beim Defekt des einen noch der andere Pixel so passend wie möglich eingestellt werden. Auch können so beide Scheinwerfermodule baugleich ausgeführt werden.
Der zweite Pixel ist dabei entweder unabhängig vom ersten Pixel einstellbar oder abhängig. Im letzteren Fall kann z. B. beim zweiten Pixel eine reziproker Wert zum ersten eingestellt werden.
Es gibt somit mehrere Kombinationen die zur einer vorgegebenen Soll-Lichtverteilung führen. Die Einstellung kann anteilig erfolgen, wobei der Anteil von 0-100% der Lichtleistung des jeweiligen Pixels betragen kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die oben genannte Einstellung für eine Mehrzahl oder für alle Pixel des Scheinwerfermoduls durchgeführt, die einen Überlappungsbereich ihrer Lichtstrahlen mit Lichtstrahlen von Pixeln des zweiten Scheinwerfermoduls ausbilden.
Die Gesamtlichtverteilung eines hochauflösenden Scheinwerfers wird durch die räumliche Anordnung und ggf. Überlagerung der Lichtverteilung einzelner Lichtmodule erzeugt. Der einzelne Scheinwerfer kann dabei aus einer oder mehreren, einzelnen Lichtquellen oder Lichtmodulen bestehen.
Durch Berücksichtigung der Mehrzahl oder aller Pixel, die Einfluss auf die Gesamtlichtverteilung haben, gelingt die Erzeugung einer Soll-Gesamtlichtverteilung durch Überlagerung einzelner Pixel / Segmente aus unterschiedlichen Scheinwerfermodulen. Denn würden die Überlappungsbereiche nicht berücksichtigt werden und alle Pixel mit der gleichen Leistung angesteuert werden, so wäre der Überlappungsbereich heller, als z. B. Randbereiche, da sich die Lichtstärke der Pixel in jenem addieren.
Im Überlappungsbereich sind mehrere Module an der generierten Lichtverteilung gemäß den Vorgaben zu einem gewissen Prozentanteil beteiligt. Eine solche Vorgabe kann eine Wunschausleuchtung sein, z. B. eine homogene, eine mit einem Helligkeitsübergang oder mit verstärkter oder abgeschwächter Beleuchtung von Objekten oder dem Straßenverlauf.
Insbesondere kann es sich bei den beiden Scheinwerfermodulen um den rechten und linken Scheinwerfer (Frontscheinwerfer) eines Fahrzeugs handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es sich auch um ein Fernlicht-, Abblendlicht-, Stadtlichtmodul oder ein Modul für eine andere spezielle Lichtverteilung handeln. Auch und insbesondere bei Verwendung von Modultypen für verschiedene Beleuchtungsarten ist es möglich die Überlagerungen von mehr als zwei Scheinwerfermodulen zu berücksichtigen.
Für mehr als zwei Scheinwerfermodule gilt das genannte analog, da es sich um eine Superposition handelt.
Vorteilhafterweise kann dabei eine Aufteilung der Soll-Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Scheinwerfer- oder Lichtmodule stattfinden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden in dem Verfahren das Scheinwerfermodul oder der erste Pixel vermessen und lichttechnische Eigenschaften bestimmt.
Zu den lichttechnischen Eigenschaften zählen insbesondere Systemgrenzen, wie die maximale Helligkeit (Beleuchtungsstärke), Lichtleistung, bzw. Lichtstrom. Auch Raumwinkel, Richtung des Lichtstrahls, Wellenlänge, Schwarzwert, Spannungs-Helligkeitsverlauf können beispielsweise weitere lichttechnische Eigenschaften sein.
Die maximale Helligkeit kann z. B. über Projektion an einer Normwand in einer bestimmten Entfernung und Rückmessung mittels geeigneter Sensorik (z. B. Kamera) durchgeführt werden.
Vermessungen können ab Werk, kontinuierlich mit einer Kamera, z. B. einer Onboard-Kamera, turnusmäßig oder bei Motorstart durchführt werden.
Die einzelnen Scheinwerfer(module), bzw. der wenigstens eine Pixel oder mehrere oder alle Pixel werden für sich lichttechnisch vermessen, somit sind die maximalen Eigenschaften des einzelnen Scheinwerfermoduls bekannt. D. h. es gibt eine eindeutige Zuordnung zwischen dem ausgestrahlen Winkel (Raumwinkel) und der maximal erreichbaren Beleuchtungsstärke. Die lichttechnischen Eigenschaften sind somit bekannt und können entsprechend in der Software hinterlegt werden.
Durch die Bestimmung der lichttechnischen Eigenschaften aller Pixel und Module ist eine Bestimmung der maximal möglichen Gesamtlichtverteilung möglich.
Damit sind dann auch Anpassung der Sollwerte möglich. So können Sollwerte für einen Pixel in Abhängigkeit der lichttechnischen Eigenschaften auch anderer Pixel bestimmt und eingestellt werden. Um beispielsweise eine homogene Ausleuchtung zu erreichen, können alle Sollwerte auf die maximale Helligkeit des leuchtschwächsten Pixels eingestellt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren eine Ausrichtung und Position des Scheinwerfermoduls im Fahrzeug berücksichtigt.
Durch die Ausrichtung und Einbauposition der Scheinwerfermodule oder Pixel bestimmt sich aufgrund der geometrischen Gesetzmäßigkeiten, ob ein überlappender Bereich existiert und an welchem Ort sich der Überlappungspunkt befindet. Einerseits ist die Ausrichtung dafür entscheidend, ob die beiden Lichtstrahlen einen gemeinsamen Schnittpunkt bilden. D. h. die Lichtstrahlen des ersten und des zweiten Pixels sollten nicht genau parallel zueinander sein. Andererseits ist die Einbauposition, bzw. der Abstand der beiden Pixel (in der Schnittebene) zueinander dafür maßgebend, an welcher Stelle der Überlappungspunkt entsteht, d. h. in welcher Entfernung in Vorausrichtung, bzw. in welcher Entfernung vom Scheinwerfermodul.
Ausgehend von einer Soll-Gesamtlichtverteilung können so unter Berücksichtigung der Scheinwerferlage (Position und Ausrichtung), Sollwerte (Lichtstärke) für die einzelnen Lichtmodule berechnet werden. Dabei kann eine Aufteilung der Soll-Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung der Scheinwerferlage (Position und Ausrichtung) im Fahrzeug stattfinden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren eine Fehlstellung der einzelnen Pixel oder des Scheinwerfermoduls detektiert.
Produktions-, abnutzungs- oder schadensbedingt kann eine Fehlstellung der Pixel oder eines Scheinwerfermoduls entstehen. Diese führt dazu, dass nicht mehr genau der erste mit dem ursprünglich vorgesehenen zweiten Pixel einen Überlappungspunkt an einer bestimmten Stelle ausbildet. Ein fehlgestellter Pixel kann stattdessen keinen Überlappungspunkt ausbilden oder einen Überlappungspunkt mit dem vorgesehenen zweiten Pixel, aber an einer anderen Stelle (d. h. in anderer Entfernung) oder einen Überlappungspunkt mit einem anderen als dem vorgesehenen zweiten Pixel ausbilden.
Ausgehend von einer Soll-Gesamtlichtverteilung können so unter Berücksichtigung der Fehlstellung einzelner Pixel oder Pixelbereiche, Sollwerte für die einzelnen Lichtmodule berechnet werden. Dabei kann eine Aufteilung der Soll-Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung der Fehlstellung einzelner Pixel oder Pixelbereiche stattfinden. Bei Fehlstellung einzelner Pixel oder Lichtmodule wird die Berechnung der Sollwerte (Lichtwerte) so angepasst, dass die „Soll-Gesamtlichtverteilung“ möglichst gut erreicht wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren eine Fehlfunktion bzw. Ausfall einzelner Pixel bzw. Pixelbereiche detektiert.
Dadurch wird ein Verfahren zur Berechnung einer pixelbasierten Lichtverteilung unter Berücksichtigung der spezifischen lichttechnischen Scheinwerfereigenschaften und Fehlfunktionen einzelner Pixel oder Segmente ermöglicht.
Ausgehend von einer Soll-Gesamtlichtverteilung können so unter Berücksichtigung der Fehlfunktion einiger Pixel, Sollwerte (Lichtstärke) für die einzelnen Lichtmodule berechnet werden. Dabei kann eine Aufteilung der Soll-Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung der Fehlfunktion einiger Pixel im Fahrzeug stattfinden.
In einer besonderen Ausführungsform übernimmt der erste oder zweite Pixel die Lichtleistung des jeweils anderen Pixel, falls jener, z. B. aus den genannten Gründen, ausfällt.
In einer besonderen Ausführungsform werden ausgehend von einer Soll-Gesamtlichtverteilung unter Berücksichtigung der Scheinwerferlage (Position und Ausrichtung) in Kombination mit Fehlfunktion einzelner Pixel und erkannter Fehlstellung des Scheinwerfers, Sollwerte (Lichtstärke) für die einzelnen Lichtmodule, bzw. Pixel berechnet.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Lichtstärke, bzw. der Lichtstrom in mehr als 2 Stufen oder stufenlos bzw. kontinuierlich bzw. dimmbar, einstellbar.
In einer besonderen Ausführungsform kommen Scheinwerfermodule mit LED-Technik zum Einsatz. Diese sind besonders für die Dimmung geeignet und können damit Sollwerte stufenlos und damit besonders exakt in einen Lichtstrom umsetzen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die Einstellung entfernungsabhängig durchgeführt.
Aufgrund der unterschiedlichen Einbauposition und Ausrichtung der Lichtmodule im Fahrzeug wird sich die gesamte Lichtverteilung entfernungsabhängig unterschiedlich überlagern. Bei Betrachtung der projizierten Lichtverteilung an einer Fläche (z. B. Wand oder Straße) werden sich beleuchtete Bereiche ergeben, die jeweils von einem oder mehreren Lichtmodulen erzeugt werden. D. h. der Einfluss einzelner Pixel bzw. Lichtmodule an der Gesamtlichtverteilung ist entfernungsabhängig und kann bei der Berechnung der Gesamtlichtverteilung entsprechend berücksichtigt werden.
Umgekehrt heißt das, in einer ersten Entfernung vom Fahrzeug, bzw. Lichtmodul können zwei andere Pixel den Überlappungspunkt ausbilden, als in einer anderen Entfernung.
Daher könnte berechnet werden, in welcher Entfernung der Überlappungspunkt liegen soll und dadurch bestimmt werden, welche Pixel an der Ausleuchtung dieses Überlappungspunkts beteiligt sind. Sodann wird die Soll-Lichtstärke auf diese betreffenden Pixel aufgeteilt.
Weiterhin kann hier auch noch die Entfernung zwischen dem Punkt oder Flächen auf das der Lichtstrahl auftrifft und dem Scheinwerfermodul berücksichtigt werden. Dies kann erreicht werden durch ein Verfahren zur Steuerung eines Scheinwerfermoduls für ein Fahrzeug, die eine Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet, wobei das Scheinwerfermodul einen ersten Pixel aufweist, die jeweils einen unabhängig dimm- oder schaltbaren Lichtstrom in einen Raumwinkel abstrahlen kann und damit eine Fläche in der Umgebung mit einer Beleuchtungsstärke beleuchtet, wobei die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Entfernung des Punktes oder der Fläche zum Scheinwerfermodul eingestellt wird.
Zuerst kann die Entfernung einer solchen Auftrefffläche mittels des besagten Vorgehens festgestellt werden. In dieser soll dann ein Überlappungspunkt zum Liegen kommen (sofern wenigstens zwei Pixel einen solchen bilden). Dann werden die Pixel festgestellt, die diesen bilden und sodann die gewünschte Lichtverteilung auf diese beteiligten Pixel verteilt. Dadurch wird die in Summe gewünschte Beleuchtungsstärke zu dieser Auftrefffläche geschickt.
Weiterhin können Punkte, die sich in weiterer Entfernung befinden und damit in weiterer Entfernung angeleuchtet werden, z. B. ein entfernterer Straßenverlauf stärker beleuchtet werden, d. h. eine größere Soll-Lichtverteilung oder Beleuchtungsstärke für diese eingestellt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die Beleuchtungsstärke zusätzlich in Abhängigkeit von der Leuchtdichte eingestellt.
Anhand einer Bestimmung, bzw. Messung der Leuchtdichte, bzw. Umgebungsintensität, wird überprüft, ob die Soll-Lichtwerte (Beleuchtungsstärke) eingehalten, bzw. erreicht werden. Denn streng genommen ist die Berechnung der entfernungsbasierten, homogenen Beleuchtung ist nur für eine bestimmte Oberflächeneigenschaft anwendbar, d. h. mit gleichbleibender bzw. konstanter Reflextionseigenschaft in allen Punkten. Da aber Objekte unterschiedliche Reflektionseigenschaften aufweisen, können die Soll-Lichtwerte (Beleuchtungsstärke) entsprechend der zurückgestrahlten Lichtintensität (Leuchtdichte) korrigiert werden. Das reflektierte Licht kann mit Hilfe eines geeigneten Sensors (z. B. einer Kamera) z. B. anhand einer Intensitätsmessung gemessen werden. Idealerweise kann hierfür dieselbe Kamera wie für die Ermittlung der Entfernung verwendet werden.
Weiterhin kann eine homogene Lichtverteilung, bzw. eine konstante Leuchtdichte für wenigstens einen Bereich der Umgebung eingestellt werden. Weiterhin kann die Beleuchtungsstärke reduziert werden, wenn die Leuchtdichte zu hoch ist. Weiterhin kann die Beleuchtungsstärke erhöht werden, wenn die Leuchtdichte zu niedrig ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Überlagerung einzelner pixelbasierter Lichtmodule an einer Projektionswand (Prinzipdarstellung),
2 den Einfluss einzelner Lichtmodule an der Gesamtlichtverteilung in vereinfachter Darstellung,
3a Sollwerte für die Lichtverteilung des linken Scheinwerfermoduls,
3b Sollwerte für die Lichtverteilung des rechten Scheinwerfermoduls,
3c Sollwerte einer resultierenden Lichtverteilung,
4a ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Sollwerte einzelner Lichtmodule unter Berücksichtigung der maximalen Scheinwerfer Systemgrenzen,
4b ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Sollwerte einzelner Lichtmodule unter Berücksichtigung der Ausfallerkennung, Fehlstellung und maximalen Scheinwerfer Systemgrenzen und
5 eine Aufteilung der Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung ausgefallener Pixel oder Pixelbereiche in vereinfachter Darstellung.

1 zeigt eine Überlagerung einzelner pixelbasierter Lichtmodule an einer Projektionswand (Prinzipdarstellung). Dabei ist ein linkes Scheinwerfermodul 11 und ein rechtes Scheinwerfermodul 12 mit der jeweiligen Pixelmatrix dargestellt, die auf einer Projektionsebene 13 ihre Gesamtlichtverteilung werfen. Dabei wird ein Überlappungsbereich 14 mehrerer Pixel ausgebildet.
Ein einzelnes Pixel 16 im rechten Scheinwerfermodul 12 befindet sich nicht im Überlappungsbereich 14 und ist als einzelnes Pixel auf der Projektionswand rechts sichtbar. Ein anderes erstes Pixel 15b des rechten Scheinwerfermoduls 12 wirft Licht auf den Überlappungsbereich 14 in Form eines Pixels 17. Das zugehörige zweite Pixel 15a im linken Scheinwerfermodul 11 wirft Licht an die gleiche Stelle 17 des Überlappungsbereichs 14. Die resultierende Beleuchtungsstärke des Pixels 17 bestimmt sich somit aus der Summe der Beleuchtungsstärken des ersten Pixels15b und des zweiten Pixels 15a.
2 zeigt den Einfluss einzelner Lichtmodule an der Gesamtlichtverteilung in vereinfachter Darstellung. Dabei ist der Anteil 21 des linken Scheinwerfermoduls an der Gesamtlichtverteilung über dem Anteil 22 des rechten Scheinwerfermodus an der Gesamtlichtverteilung gezeigt, welche wiederum über der Gesamtlichtverteilung 23 bei Überlagerung beider Scheinwerfer dargestellt sind. Dabei stellt die Abszisse die horizontale Position einer Reihe von Scheinwerferpixeln dar, die Ordinate den Lichtwert. Dieser wäre bei gleichmäßiger Aufteilung zwischen den Pixeln bei 50 %. Da eine Aufteilung nur im Überlappungsbereich möglich ist, wird nur in diesem (mittlerer Teil der Darstellung) eine Aufteilung durchgeführt. Links vom Überlappungsbereich leuchtet das linke Scheinwerfermodul zu 100 % und rechts davon das rechte Scheinwerfermodul zu 100 % aus. Diese Aufteilung bewirkt eine konstante Lichtverteilung wie in 23 dargestellt.
Die 3 zeigen Sollwerte für die Lichtverteilung des linken und rechten Scheinwerfermoduls und einer resultierenden Gesamtlichtverteilung projiziert an einer 25 m Wand. Dabei wird beispielhaft eine Soll-Gesamtlichtverteilung für ein hochauflösendes LED-Matrixsystem bestehend aus einem Abblendlicht und Fernlichtanteil dargestellt. 3a zeigt die Lichtverteilung des linken und 3b zeigt die Lichtverteilung des rechten Moduls. Das Resultat der Überlagerung beider Scheinwerfer ist in der gesamten Lichtverteilung in der 3c dargestellt. Hierbei wurde jeweils die Lichtverteilung an eine Wand in 25 m Entfernung projiziert. Alpha und Beta bezeichnen dabei die Raumwinkel der einzelnen Pixel. Die Skala rechts zeigt einen Iso Lux Wert.
4a zeigt ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Sollwerte einzelner Lichtmodule unter Berücksichtigung der maximalen Scheinwerfer Systemgrenzen.
Es wird der „Anteil einzelner Module an der Gesamtlichtverteilung“ 401, 416 gemäß dem folgenden Ablauf bestimmt:

- Bestimmung der „Eigenschaften der Lichtmodule“ 402, 417, insbesondere die „maximale Performance des linken Moduls“ 403, 418 und die „maximale Performance des rechten Moduls“ 404, 420 die in den Werten LSV_Left_Max 405 und LSV_Right_Max 406 resultieren.
- Bestimmung der „maximal möglichen Gesamtlichtverteilung“ 407, 422, dargestellt durch den Wert LSV_MAX 408, 423 und eine Funktion „LSV_MAX Px(h,v,Lx)“ 410, 425.
- Bestimmung des „Anteils des jeweiligen Moduls an der Maximal-Gesamtlichtverteilung“ 409, 424, dargestellt durch die Gewichtung „Verhältnis Modul n(h,v,[0..100%])” 411, 426.

Die Erzeugung einer Gesamtlichtverteilung durch Überlagerung einzelner Pixel / Segmente aus unterschiedlichen Lichtmodulen geschieht durch:

- „Berechnung einer situationsbedingten adaptiven Soll-Gesamtlichtverteilung“ (Vorgabe) 412, 428.
- Bestimmung der „Soll-Gesamtlichtverteilung unter Berücksichtigung der Systemgrenzen“ 413, 429 z. B. der Scheinwerferlage (Position und Ausrichtung) im Fahrzeug, mit Hilfe der Funktion „LSV_MAX Px(h,v,Lx)“ 410, 425.
- Aufteilung der Soll-Gesamtlichtverteilung entsprechend der Gewichtung 411, 426 auf ein „rechtes Modul“ 414, 430 und „linkes Modul“ 415, 431.

4b zeigt ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Sollwerte einzelner Lichtmodule unter Berücksichtigung der Ausfallerkennung, Fehlstellung und maximalen Scheinwerfer Systemgrenzen. Dabei wird der Ablauf aus 4a wie folgt erweitert, zur Erzeugung einer (fehlertoleranten) Gesamtlichtverteilung durch Überlagerung einzelner Pixel / Segmente aus unterschiedlichen Lichtmodulen:

- mit „Vorgaben zur Wunschlichtverteilung“ 427 wird die „Berechnung einer adaptiven Soll-Gesamtlichtverteilung“ 412, 428 die nach Möglichkeit erreicht werden soll, durchgeführt.
- Detektion von Fehlfunktion bzw. Ausfall einzelner Pixel bzw. Pixelbereiche durch eine „Fehler und Ausfallerkennung des linken Moduls“ 419 und „Fehler und Ausfallerkennung des rechten Moduls“ 421 im Anschluss an die Bestimmung der maximalen Performance des rechten 418, 403 und rechten 420, 404 Moduls.
- alternativ oder zusätzlich eine Detektion von Fehlstellung der einzelnen Module analog zur Fehlfunktion.

Dadurch ist eine Aufteilung der Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung der ausgefallenen Pixel oder Pixelbereiche möglich. Bei Ausfall einzelner Lichtmodule oder Pixel wird die Berechnung der Sollwerte so angepasst, dass die „Soll-Gesamtlichtverteilung“ möglichst gut erreicht wird.
Alternativ oder zusätzlich ist eine Aufteilung der Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung der Fehlstellung einzelner Pixel oder Pixelbereiche möglich. Bei Fehlstellung einzelner Pixel oder Lichtmodule wird die Berechnung der Sollwerte so angepasst, dass die „Soll-Gesamtlichtverteilung“ möglichst gut erreicht wird.
Gleiches gilt für die Aufteilung der „Soll-Gesamtlichtverteilung“ auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung der Scheinwerferlage (Position und Ausrichtung) im Fahrzeug.
5 zeigt eine Aufteilung der Gesamtlichtverteilung auf die einzelnen Lichtmodule unter Berücksichtigung ausgefallener Pixel oder Pixelbereiche in vereinfachter Darstellung. Dabei ist der Anteil 51 des linken Scheinwerfermoduls an der Gesamtlichtverteilung über dem Anteil 52 des rechten Scheinwerfermodus an der Gesamtlichtverteilung gezeigt, welche wiederum über der Gesamtlichtverteilung 53 bei Überlagerung beider Scheinwerfer dargestellt sind. Dabei stellt die Abszisse die horizontale Position einer Reihe von Scheinwerferpixeln dar, die Ordinate den Lichtwert. Dieser wäre bei gleichmäßiger Aufteilung zwischen den Pixeln bei 50 %. Beim Ausfall eines Pixels 54 wäre dieser 0 % und wird ausgeglichen durch die Ansteuerung des zweiten Pixels 55 mit dem doppelten Lichtwert von 100 %. Diese Korrektur bewirkt trotz des fehlerhaften Pixels 54 eine konstante Lichtverteilung wie in 53 dargestellt.
Bezugszeichenliste

11: Linkes Scheinwerfermodul
12: Rechtes Scheinwerfermodul
13: Projektionsfläche
14: Überlappungsbereich
15a: zweites Pixel im linken Scheinwerfermoduls
15b: erstes Pixel im rechten Scheinwerfermoduls
16: Einzelnes Pixel im rechten Scheinwerfermodul
17: Überlappendes Pixel / Überlappungspunkt
21: Anteil des linken Scheinwerfermoduls
22: Anteil des rechten Scheinwerfermoduls
23: Gesamtlichtverteilung
401, 416: Anteil einzelner Module an der Gesamtlichtverteilung
402, 417: Eigenschaften der Lichtmodule
403, 418: maximale Performance des linken Moduls
404, 420: maximale Performance des rechten Moduls
405: LSV_Left_Max
406: LSV_Right_Max
407, 422: maximal möglichen Gesamtlichtverteilung
408, 423: LSV_MAX
409, 424: Anteils des jeweiligen Moduls an der Maximal-Gesamtlichtverteilung
410, 425: LSV_MAX Px(h,v,Lx)
411, 426: Verhältnis Modul n(h,v,[0..100%])
412, 428: Berechnung einer aktuellen Soll-Gesamtlichtverteilung
413, 429: Soll-Gesamtlichtverteilung unter Berücksichtigung der Systemgrenzen
414, 430: rechtes Modul
415, 431: linkes Modul
427: Vorgaben zur Wunschlichtverteilung
419: Fehler und Ausfallerkennung des linken Moduls
421: Fehler und Ausfallerkennung des rechten Moduls

Claims

Verfahren zur Einstellung eines Scheinwerfermoduls (12) mit wenigstens einem ersten Pixel (15b), welches einen ersten Lichtstrahl mit einer einstellbaren Lichtstärke aussendet, während ein zweites Pixel (15a) einen zweiten Lichtstrahl aussendet, wobei ein Überlappungspunkt (17) im Schnittpunkt des ersten und zweiten Lichtstrahls ausgeleuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke des ersten Pixels (15b) so eingestellt wird, dass eine vorgegebene Beleuchtungsstärke im Überlappungspunkt (17) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Pixel in einem zweiten Scheinwerfermodul (11) befindet und die Lichtstärke des zweiten Pixels (15a) einstellbar ist und die erste und zweite Lichtstärke so eingestellt wird, dass die vorgegebene Beleuchtungsstärke erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einstellung für eine Mehrzahl oder für alle Pixel des Scheinwerfermoduls (12) durchgeführt wird, die einen Überlappungsbereich (14) ihrer Lichtstrahlen mit Lichtstrahlen von Pixeln des zweiten Scheinwerfermoduls (11) ausbilden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheinwerfermodul (12) oder der erste Pixel (15b) vermessen und lichttechnische Eigenschaften bestimmt werden (404, 420).
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichtung und Position des Scheinwerfermoduls (12) im Fahrzeug berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlstellung der einzelnen Pixel (15b, 15a) oder des Scheinwerfermoduls (12) detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Fehlfunktion bzw. Ausfall einzelner Pixel (15b, 15a) bzw. Pixelbereiche detektiert wird (421).
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung entfernungsabhängig durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsstärke zusätzlich in Abhängigkeit von der Leuchtdichte eingestellt wird.
Scheinwerfermodul (12) mit wenigstens einem ersten Pixel (15b), welches einen ersten Lichtstrahl mit einer einstellbaren Lichtstärke aussendet, während ein zweites Pixel (15a) einen zweiten Lichtstrahl aussendet, wobei ein Überlappungspunkt (17) im Schnittpunkt des ersten und zweiten Lichtstrahls ausgeleuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke des ersten Pixels (15b) so einstellbar ist, dass eine vorgegebene Beleuchtungsstärke im Überlappungspunkt (17) erreicht wird.
Computerprogrammprodukt zur Einstellung eines Scheinwerfermoduls für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogrammprodukt derart ausgestaltet ist, dass es ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, insbesondere mit einem Scheinwerfermodul nach Anspruch 10.