DE102018123407A1

DE102018123407A1 - Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer LED-Matrix

Info

Publication number: DE102018123407A1
Application number: DE102018123407.4A
Authority: DE
Inventors: Dieter Nietfeld
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer (H), insbesondere für Kraftfahrzeuge,
- mit einer LED-Matrix (M) mit Leuchtdioden (1) als Lichtquellen, einem LCD-Bildschirm (B) mit Flüssigkristallsegmenten (3) als Abschattungselementen zum Abschatten von Licht der LED-Matrix (M), wobei der LCD-Bildschirm (B) vor der LED-Matrix (M) angeordnet ist, so dass mittels der Abschattungselemente das von den Leuchtdioden (1) abstrahlbare Licht abgeschattet werden kann, und
- mit einer Steuerung (S) für den LCD-Bildschirm (B), mit der die Flüssigkristallsegmente (3) steuerbar sind, wobei der Scheinwerfer wenigstens einen Speicher aufweist, in dem ein oder mehrere Bilddatensätze speicherbar und/oder gespeichert sind, wobei in jedem Bilddatensatz für jedes Flüssigkristallsegment (3) ein Wert für eine Einstellung des Flüssigkristallsegmentes (3) enthalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer LED-Matrix mit Leuchtdioden als Lichtquellen, einem LCD-Bildschirm mit Flüssigkristallsegmenten als Abschattungselementen zum Abschatten von Licht der LED-Matrix, wobei der LCD-Bildschirm vor der LED-Matrix angeordnet ist, so dass mittels der Abschattungselemente das von den Leuchtdioden abstrahlbare Licht abgeschattet werden kann, und mit einer Steuerung für den LCD-Bildschirm, mit der die Flüssigkristallsegmente steuerbar sind.
In der Zukunft werden in Kraftfahrzeugen immer mehr Scheinwerfer der eingangs genannten Art eingebaut werden. Diese Scheinwerfer werden insbesondere Scheinwerfer mit mechanischen Lösungen für das Kurvenlicht oder einstellbaren vertikalen und/oder horizontalen Hell-Dunkel-Grenzen ersetzen.
Durch die Überlappung der einzelnen Lichtkegel der Leuchtdioden ergibt sich ein komplexes Muster. Dieses von den Leuchtdioden der LED-Matrix erzeugte Muster bildet sich auf der Fläche des LCD-Bildschirms ab. Das von einer LED-Matrix erzeugte Licht ist also nicht homogen, da sich in die Lichtkegel der einzelnen Leuchtdioden der LED-Matrix überlappen und es dadurch zu helleren und dunkleren Bereichen kommt.
Eine Verbesserung der Situation kann durch Linsen erreicht werden, die jeder Leuchtdiode der LED-Matrix zugeordnet sind. Diese Linsen können das von den Leuchtdioden erzeugte Licht formen. Aber auch trotz dieser Linsen kommt es zu Bereichen mit unterschiedlicher Helligkeit auf dem LCD-Bildschirm. Gewisse Bereiche werden stärker beleuchtet als andere. Zu diesen Effekten können auch noch Toleranzen der Leuchtdioden, zum Beispiel elektrische und/oder mechanische Toleranzen, und Toleranzen in der Ansteuerung kommen. Es ist daher erforderlich Einstellungen vorzunehmen und zu einer homogenen Beleuchtung zu kommen.
Um zu einer homogenen Beleuchtung zu kommen, wird der LCD-Bildschirm genutzt. Der LCD-Bildschirm hat mehr Flüssigkristallsegmente als die LED-Matrix Leuchtdioden hat. So kann die Zahl der Leuchtdioden zum Beispiel 25 und die Zahl der Flüssigkristallsegmente ca. 60000 betragen. So kommt auf jede Leuchtdiode eine Zahl von 2400 Flüssigkristallsegmenten. Das bedeutet, dass jede Leuchtdiode mit der ihr zugordneten Linse einen Bereich beleuchtet, der ungefähr 2400 Flüssigkristallsegmente umfasst. Es können also ungefähr 2400 Flüssigkristallsegmente genutzt werden, um das durch den LCD-Bildschirm hindurchtretende Licht einer der Leuchtdioden der LED-Matrix zu verändern. Dadurch ist es möglich, mit individuell eingestellten Flüssigkristallsegmenten Unterschiede in der Helligkeit auszugleichen und zu einer homogenen Lichtverteilung auf der der LED-Matrix abgewandten Seite des LCD-Bildschirms zu kommen, um das durch den LCD-Bildschirm hindurchtretende Licht zur Beleuchtung zu nutzen.
Die Einstellung der Flüssigkristallsegmente erfolgt dabei vorzugsweise nicht binär, sondern möglichst kontinuierlich, um fein abgestuft Licht durchzulassen, zum Beispiel in einem Wertebereich von 4 bis 8 Bit (16 bis 256 Stufen).
Zusätzlich zu diesen Einstellungen, die vorgenommen werden, damit eine homogene Beleuchtung möglich ist, sollen bestimmte Bereich der zu beleuchtenden Umgebung mehr oder weniger beleuchtet werden als andere. Es kann auch Bereich geben, die gar nicht beleuchtet werden sollen oder dürfen, um andere nicht zu blenden.
In Kraftfahrzeugen wird häufig mit einer Kamera ein Bild von der Umgebung aufgenommen, die beleuchtet wird oder werden soll. Das Bild wird analysiert, um zu ermitteln, wie die Umgebung beleuchtet werden soll. Außerdem muss bei der Einstellung der Flüssigkristallsegmente berücksichtigt werden, welche Lichtverteilung der Fahrzeuglenker gewählt hat oder welche Lichtverteilung von einem automatischen System zur Einstellung einer Lichtverteilung gewählt wird, um die Umgebung durch die Scheinwerfer zu beleuchten. Das Ergebnis der Analyse und die gewählte Lichtverteilung müssen bei der Einstellung der Flüssigkristallsegmente berücksichtigt werden. Das führt zu einem hohen Rechenaufwand, zumal das Analyseergebnis in der Bildwiederholfrequenz der Kamera wechselt. Die Bildwiederholfrequenz beträgt zum Beispiel ungefähr 60 Hz. Dadurch kann es kommen, dass Datenvolumen von 3,6 MB und mehr in einem Zyklus verarbeitet werden müssen. Durch eine Erhöhung der Auflösung des LCD-Bildschirmes werden diese Volumina in der Zukunft wahrscheinlich noch deutlich anwachsen.
Hier setzt die Erfindung an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung vorzuschlagen, mit der die zu verarbeitenden Datenvolumina reduziert und/oder effektiver verarbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Scheinwerfer wenigstens einen Speicher aufweist, in dem ein oder mehrere Bilddatensätze speicherbar und/oder gespeichert sind, wobei in jedem Bilddatensatz für jedes Flüssigkristallsegment ein Wert für eine Einstellung des Flüssigkristallsegment enthalten ist.
In den gespeicherten Bilddatensätzen können Werte hinterlegt sein, die zum Einstellen typischer Situation immer wieder verwendet werden. So kann ein Bilddatensatz Werte enthalten, bei deren Einstellung der LCD-Bildschirm Licht mit einer homogenen Lichtverteilung abstrahlt. Mit diesen Werten werden die einzelnen Flüssigkristallsegmente so eingestellt, dass jedes Flüssigkristallsegment die gleiche Helligkeit liefert. So können die Unterschiede in der Verteilung des auf der Rückseite des LCD-Bildschirms eintreffenden Lichtes ausgeglichen werden, unabhängig davon, worin die Ursache zu suchen ist.
In den in den gespeicherten Bilddatensätzen gespeicherten Werten können aber auch typische, immer wieder auftretende Lichtverteilungen abgebildet sein, zum Beispiel Fernlichtverteilungen oder Abblendlichtverteilungen, wie sie vom Fahrer oder einem automatischen System immer wieder gewählt werden.
Für die Erfindung kann ein Fachmann einen Grafikprozessor (GPU) nutzen, der in der Lage ist, mehrere Ebenen eines Bildes zu speichern, die zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden können. Diese Ebenen werden bei der Ausgabe überlagert und zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Die Zusammensetzung des Gesamtbildes geschieht dabei in der Hardware des Grafikprozessors ohne, dass dazu eine Software vorgesehen sein muss. Vorzugsweise werden bei der Zusammensetzung des Gesamtbildes aus den Ebenen/Einzelbildern die für die Flüssigkristallsegmente gespeicherten Werte addiert oder subtrahiert.
Mittels der Steuerung können eine oder mehrere Bilddatensätze aus dem Speicher abrufbar sein und/oder über eine Schnittstelle in die Steuerung eingelesen werden. Die eingelesenen und die gespeicherten Werte für jedes Flüssigkristallsegment können von der Steuerung zu einem kombinierten Wert für das Flüssigkristallsegment kombiniert werden. Mit der Steuerung können die Flüssigkristallsegmente des LCD-Bildschirmes dann entsprechend der kombinierten Werte einstellt werden.
Es kann bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer vorgesehen sein, wenigstens einen der Bilddatensätze in einem nicht flüchtigen Speicher oder Speicherbereich eines der Speicher zu speichern. Dabei kann es sich um einen ersten Bilddatensatz handeln, der die Werte umfasst, die eingestellt werden müssen, um eine homogene Lichtverteilung auf dem Bildschirm zu erreichen. Bei diesen Werten kann es sich um absolute Werte handeln, die eine Größe angeben, mit der die einzelnen Flüssigkristallsegmente eingestellt werden. In anderen Bilddatensätzen könnten dagegen relative Werte angegeben werden, die zu den absoluten Werten addiert oder von den absoluten Werten subtrahiert werden.
Es ist möglich, dass die Zahl der Flüssigkristallsegmente des LCD-Bildschirms die Zahl der Leuchtdioden der LED-Matrix übersteigt, zum Beispiel um das mehr als 2400-fache.
Jeder Leuchtdiode kann eine Linse zugeordnet sein, um das von der Leuchtdiode abstrahlbare Licht zu formen. Dadurch ist es möglich, dass das Licht, das auf der Rückseite des LCD-Bildschirms auftrifft, bereits im Vergleich zu dem von den Leuchtdioden insgesamt erzeugten Licht homogenisiert ist.
In einem ersten weiteren der Bilddatensätze kann für jedes Flüssigkristallsegment ein Wert gespeichert sein, der bei einer Einstellung des LCD-Bildschirms mit einem kombinierten Wert aus diesem ersten weiteren Bilddatensatz und aus dem ersten Bilddatensatz zu einer gewünschten Lichtverteilung führt, zum Beispiel zu einer Fernlicht-, einer Abblendlicht-, einer Autobahnlichtverteilung usw.
In einem zweiten weiteren der Bilddatensätze kann für jedes Flüssigkristallsegment ein Wert gespeichert sein, der bei einer Einstellung des LCD-Bildschirms mit einem kombinierten Wert aus diesem zweiten weiteren Bilddatensatz und aus dem ersten Bilddatensatz zu einer Lichtverteilung führt, durch die die Beleuchtung in besonderen Bereichen des beleuchteten Umfeldes reduziert wird. Das kann zum Beispiel zum Einstellen von horizontalen und/oder vertikalen Hell-Dunkel-Grenzen zur Entblendung anderer Verkehrsteilnehmer sinnvoll sein.
Die Steuerung eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers kann eine Schnittstelle aufweisen, mit welcher an die Steuerung eine Information übermittelbar ist, in welchen besonderen Bereichen des beleuchteten Umfeldes die Beleuchtung reduziert werden soll. Mittels der Steuerung kann dann aus der Information der zweite weitere Bilddatensatz generiert werden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

1 schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers und

Der in der 1 schematisch dargestellte Scheinwerfer H weist eine LED-Matrix M mit Leuchtdioden 1 und einem Linsenarray L mit Linsen 2, einen LCD-Bildschirm B mit Leuchtkristallsegmenten 3 und eine Steuerung S auf.
Die Linsen 3 sind vorzugsweise unmittelbar auf den Leuchtdioden 3 angeordnet, was aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 anders dargestellt ist. So kann das in einer der Leuchtdiode 1 erzeugte Licht unmittelbar von der der Leuchtdiode 1 zugeordneten Linse 2 geformt werden, bevor es auf der Rückseite des LCD-Bildschirms auftrifft. Die Flüssigkristallsegmente 3 des LCD-Bildschirms B können von der Steuerung einzeln angesteuert werden, wodurch die Segmente 3 als lichtdurchlässig (transparent) oder als lichtundurchlässig (opak) geschaltet werden können, wobei zwischen diesen Extremeinstellungen weitere Einstellungen möglich sind, um mehr oder weniger Licht durchzulassen, wie man es von LCD-Bildschirmen im Allgemeinen kennt.
Die LED-Matrix M einschließlich der Linsen L erzeugen in der Ebene des LCD-Bildschirmes eine Lichtverteilung, wie sie für eine Leuchtdiode 1 in der 2 dargestellt ist. Da die Zahl der Leuchtkristallsegmente 3 um ein Vielfaches größer als die Zahl der Leuchtdioden 1 ist, wird das Licht eine Leuchtdiode 1 auf eine Vielzahl von Flüssigkristallsegmenten 3 geworfen. Die Helligkeitsunterschiede des an dem LCD-Bildschirm B eintreffenden Lichtes aller Leuchtdioden 1 kann nun mittels der Flüssigkristalle 3 verändert werden, zum Beispiel so, dass der LCD-Bildschirm Licht mit einer homogenen Verteilung abgibt. Dazu können Bereiche der Lichtverteilung durch die Flüssigkristallsegmente abgeschattet werden, so dass auf der Vorderseite des LCD-Bildschirmes eine homogene oder nahezu homogene Lichtverteilung vorliegt. In der Steuerung, nämlich in einem Speicher der Steuerung ist ein erster Bilddatensatz hinterlegt, in dem die Werte angegeben sind, die an den einzelnen Flüssigkristallsegmenten 3 eingestellt werden müssen, um diese homogene Lichtverteilung zu erreichen.
Da aber ein Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs meistens nicht homogenes Licht abstrahlen soll, sondern eine bestimmte Lichtverteilung, zum Beispiel eine Abblendlichtverteilung oder einer Fernlichtverteilung werden die Flüssigkristallsegmente 3 in der Regel nicht mit den Werten aus dem ersten Bilddatensatz angesteuert. Vielmehr werden weitere Bilddatensätze herangezogen, die mit dem ersten Bilddatensatz kombiniert werden. Bei den Bilddatensätzen kann es sich ebenfalls um in der Steuerung gespeicherte Bilddatensätze handeln oder um Bilddatensätze, die in der Steuerung S aufgrund von externen Informationen zum Beispiel von einer Kamera K oder einem Lichtwahlschalter W erzeugt werden oder über eine Schnittstelle in die Steuerung eingelesen werden. Die Kombination des ersten Bilddatensatzes mit einem weiteren Bilddatensatz kann dabei durch einfache Rechenoperationen, insbesondere der Addition oder Subtraktion, der in den Bilddatensätzen hinterlegten Werten für ein Flüssigkristallsegment 3 erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtdiode
2: Linsen
3: Flüssigkristallsegmente
H: Scheinwerfer
M: LED-Matrix
L: Linsenarray
B: LCD-Bildschirm
S: Steuerung

Claims

Scheinwerfer (H), insbesondere für Kraftfahrzeuge, - mit einer LED-Matrix (M) mit Leuchtdioden (1) als Lichtquellen, einem LCD-Bildschirm (B) mit Flüssigkristallsegmenten (3) als Abschattungselementen zum Abschatten von Licht der LED-Matrix (M), wobei der LCD-Bildschirm (B) vor der LED-Matrix (M) angeordnet ist, so dass mittels der Abschattungselemente das von den Leuchtdioden (1) abstrahlbare Licht abgeschattet werden kann, und - mit einer Steuerung (S) für den LCD-Bildschirm (B), mit der die Flüssigkristallsegmente (3) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer wenigstens einen Speicher aufweist, in dem ein oder mehrere Bilddatensätze speicherbar und/oder gespeichert sind, wobei in jedem Bilddatensatz für jedes Flüssigkristallsegment (3) ein Wert für eine Einstellung des Flüssigkristallsegmentes (3) enthalten ist.
Scheinwerfer (H) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerung (S) mehrere Bilddatensätze aus dem Speicher abrufbar und die gespeicherten Werte für jedes Flüssigkristallsegment (3) zu einem kombinierten Wert für das Flüssigkristallsegment (3) kombinierbar sind.
Scheinwerfer (H) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuerung (S) die Flüssigkristallsegmente (3) entsprechend der kombinierten Werte einstellbar sind.
Scheinwerfer (H) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Bilddatensätze in einem nicht flüchtigen Speicher oder Speicherbereich eines Speichers gespeichert ist.
Scheinwerfer (H) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Flüssigkristallsegmente (3) des LCD-Bildschirms (B) die Zahl der Leuchtdioden der LED-Matrix (M) übersteigt.
Scheinwerfer (H) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leuchtdiode (1) eine Linse (2) zugeordnet ist, um das von der Leuchtdiode (1) abstrahlbare Licht zu formen.
Scheinwerfer (H) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten der Bilddatensätze für jedes Flüssigkristallsegment (3) ein Wert gespeichert ist, die bei einer Einstellung des LCD-Bildschirms (B) nur mit den in diesem Bilddatensatz gespeicherten Wert für eine homogene Helligkeit des LCD-Bildschirms (B) oder einer von dem Scheinwerfer (H) beleuchteten Fläche sorgen.
Scheinwerfer (H) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in ersten weiteren der Bilddatensätze für jedes Flüssigkristallsegment (3) ein Wert gespeichert ist, der bei einer Einstellung des LCD-Bildschirms (B) mit einem kombinierten Wert aus diesem Bilddatensatz und aus dem ersten Bilddatensatz zu einer gewünschten Lichtverteilung führt, zum Beispiel zu einer Fernlicht-, einer Abblendlicht-, einer Autobahnlichtverteilung usw.
Scheinwerfer (H) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten weiteren der Bilddatensätze für jedes Flüssigkristallsegment (3) ein Wert gespeichert ist, der bei einer Einstellung des LCD-Bildschirms (B) mit einem kombinierten Wert aus diesem Bilddatensatz und aus dem ersten Bilddatensatz zu einer Lichtverteilung führt, durch die die Beleuchtung in besonderen Bereichen des beleuchteten Umfeldes reduziert wird.
Scheinwerfer (H) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (S) eine Schnittstelle aufweist, mit welcher an die Steuerung (S) eine Information übermittelbar ist, in welchen besonderen Bereichen des beleuchteten Umfeldes die Beleuchtung reduziert werden soll, und dass mittels der Steuerung (S) aus der Information der zweite weitere Bilddatensatz generierbar ist.