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Die vorliegende Beschreibung betrifft Verbesserungen im Bereich der Fahrzeugbeleuchtungen.
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Das menschliche Auge nimmt je nach Proband Frequenzen unterhalb von Grenzfrequenzen, insbesondere beim peripheren Sehen, als Flimmern war. Dieser Effekt wird in der Regel als unangenehm und störend empfunden und wird auch für verschieden gesundheitliche Beeinträchtigungen verantwortlich gemacht.
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Optoelektronische Bauelemente zur Erzeugung einer Lichtverteilung weisen eine starre Verknüpfung zwischen Bildwiederholfrequenz und Lichtintensitätsstufen auf.
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Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung beispielsweise darin, die Wahrnehmung des menschlichen Auges beim Betrieb von Fahrzeugbeleuchtungseinrichtungen zu berücksichtigen, um insbesondere die Verkehrssicherheit nicht zu beeinträchtigen.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß einem nebengeordneten Anspruch und durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Ein erster Aspekt der Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Betreiben eines optoelektronischen Halbleiterbauteils, welches insbesondere eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Halbleiterlichtquellen umfasst, zur Abstrahlung einer ersten Lichtverteilung in einem ersten Betriebsmodus mit einem ersten Bildsignal, einer ersten Bildwiederholfrequenz und einer ersten Anzahl von möglichen Lichtintensitätsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen; und Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauteils zur Abstrahlung einer zweiten Lichtverteilung in wenigstens einem zeitlich auf den ersten Betriebsmodus folgenden zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten Bildsignal, einer zweiten Bildwiederholfrequenz und einer zweiten Anzahl von möglichen Helligkeitsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen.
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Vorteilhaft wird das optoelektronische Bauteil mit unterschiedlichen Bildwiederholfrequenzen betrieben, um so die Spezifika der menschlichen optischen Wahrnehmung zu berücksichtigen. Beispielsweise ist die menschliche subjektive Empfindlichkeit von Bildwiederholungsfrequenzen bei geringer Lichtintensität in der abgestrahlten Lichtverteilung größer als bei höheren Lichtintensitäten.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren umfasst: Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauteils in einem zeitlich auf den wenigstens einen zweiten Betriebsmodus folgenden dritten Betriebsmodus zur Abstrahlung einer dritten Lichtverteilung mit einem dritten Bildsignal, einer dritten Bildwiederholfrequenz und einer dritten Anzahl von möglichen Helligkeitsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die erste und die dritte Bildwiederholfrequenz oberhalb von einem Schwellwert, insbesondere oberhalb von 400 Hz, liegen, und wobei die zweite Bildwiederholfrequenz unterhalb von dem Schwellwert, insbesondere unterhalb von 400 Hz, liegt.
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Da im Automobilbereich dynamische Relativ-Bewegungen der Betrachter und der beobachteten Lichtquellen insbesondere bei verringertem Umgebungslicht zum Alltag gehören, werden aus menschlicher Betrachtersicht sowohl örtlich als auch lichtintensitätsmäßig statisch oder semi-statische wirkende Lichtquellen dann als flackernd wahrgenommen, wenn diese mit Bildwiederholraten unterhalb von 400 Hz betreiben werden. Deshalb wird das optoelektronische Bauteil mit der ersten und dritten Bildwiederholfrequenz betrieben.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das erste und das dritte Bildsignal eine geringere mittlere zeitliche, insbesondere pixelbezogene Änderung der abzustrahlenden Lichtintensität zwischen zwei Einzelbildern aufweisen als das zweite Bildsignal.
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Vorteilhaft können die statischen oder semi-statischen ersten und dritten Bildsignale mit einer erhöhten Bildwiederholfrequenz von dem Halbleiterbauteil abgestrahlt werden. Damit nimmt der Mensch die abgestrahlte Lichtverteilung als flimmerfrei war.
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Das hingegen dynamischere zweite Bildsignal umfasst stärkere Änderungen der abgestrahlten Lichtintensität, insbesondere in Bezug auf die Einzel-Halbleiterlichtquellen. Dabei wird die zweite verringerte Bildwiederholfrequenz in Kauf genommen. Der menschliche Betrachter nimmt die reduzierte Bildwiederholfrequenz zur Darstellung des zweiten Bildsignals aufgrund der größeren zeitlichen Änderungen der Lichtintensität innerhalb der abgestrahlten Lichtverteilung weniger stark wahr, wie wenn eine lichtintensitätsmäßig eher statische Lichtverteilung abgestrahlt werden würde.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Modus-bezogene Verknüpfung zwischen dem Bildsignal und dem Betriebsmodus a-priori festgelegt ist.
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Vorteilhaft ist diese wenigstens eine a-priori bekannte Verknüpfung des Bildsignals mit dem zugehörigen Modus bzw. mit der entsprechenden Bildwiederholfrequenz abgespeichert und steht bei Durchführung des Verfahrens zur Verfügung.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren umfasst: Ermitteln wenigstens eines der Betriebsmodi, insbesondere des zweiten Betriebsmodus, insbesondere der wenigstens einen der Bildwiederholfrequenzen, insbesondere der zweiten Bildwiederholfrequenz, in Abhängigkeit von dem Bildsignal und/oder in Abhängigkeit von einem mit dem Bildsignal assoziierten Parameter.
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Vorteilhaft können die Bildwiederholfrequenzen im Betrieb in Abhängigkeit von den dynamischeren Bildsignalen wie dem zweiten Bildsignal ermittelt werden. Damit ergibt sich eine variablere Anpassung der Bildfrequenz an die Bildsignale und die flimmerfrei wahrgenommene abgestrahlte jeweilige Lichtverteilung kann weiterhin gewährleistet werden.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein jeweiliger der Betriebsmodi des optoelektronischen Bauteils mit einem Paar der Anzahl der möglichen Helligkeitswerte und einer zugeordneten Betriebsfrequenz des optoelektronischen Bauteils, insbesondere einer Pulsweitenmodulationsfrequenz, assoziiert ist.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Lichtverteilung eine Abblendlichtverteilung ist, wobei die dritte Lichtverteilung eine Fernlichtverteilung ist, und wobei die zweite Lichtverteilung eine Zwischenlichtverteilung ist, die einen Übergang von der Abblendlichtverteilung zu der Fernlichtverteilung charakterisiert.
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Vorteilhaft profitieren Fahrzeugscheinwerfer von einem flimmerfrei wahrgenommenen Übergang von der Abblendlichtverteilung zur Fernlichtverteilung und von den flimmerfrei abgestrahlten Lichtverteilungen gemäß der Abblendlichtverteilung und der Fernlichtverteilung.
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Ein weiteres vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtverteilungen zur Beleuchtung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Die Beleuchtungseinrichtung ist also eine Fahrzeuginnenbeleuchtung. Im Fahrzeuginnenraum werden beispielsweise Dimmfunktionen zur sanften Erhöhung oder Verringerung der wahrgenommenen Lichtintensität genutzt. Hierbei spielt aber nicht nur Komfort eine Rolle. Die flimmerfreie Wahrnehmung hat auch einen Sicherheitsaspekt, um den Fahrer beispielsweise bei einem gedimmten Anschalten der Innenraumbeleuchtung nicht durch ein wahrgenommenes Flimmern zu verunsichern.
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In einem vorteilhaften Beispiel stimmen der erste und der dritte Betriebsmodus insbesondere hinsichtlich der Bildwiederholfrequenz überein. Damit lassen sich über zwischen dem ersten und dritten Betriebsmodus unterschiedliche mittlere Intensitäten der jeweils abgestrahlten Lichtverteilungen erreichen. In dem zweiten Betriebsmodus wird die von dem ersten Betriebsmodus ausgehende mittlere Lichtintensität mit einer gegenüber den anderen Betriebsmodi erhöhten Anzahl von Intensitätsstufen - aber verringerten Bildwiederholfrequenz - in die mittlere Lichtintensität des dritten Betriebsmodus überführt.]
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In einem vorteilhaften Beispiel stimmen der erste und der dritte Betriebsmodus insbesondere hinsichtlich der Bildwiederholfrequenz überein. Damit lassen sich über zwischen dem ersten und dritten Betriebsmodus unterschiedliche mittlere Intensitäten der jeweils abgestrahlten Lichtverteilungen erreichen. In dem zweiten Betriebsmodus wird die von dem ersten Betriebsmodus ausgehende mittlere Lichtintensität mit einer gegenüber den anderen Betriebsmodi erhöhten Anzahl von Intensitätsstufen - aber verringerten Bildwiederholfrequenz - in die mittlere Lichtintensität des dritten Betriebsmodus überführt.
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Ein zweiter Aspekt der Beschreibung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, welches insbesondere eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Halbleiterlichtquellen umfasst, zur Abstrahlung einer ersten Lichtverteilung in einem ersten Betriebsmodus mit einem ersten Bildsignal, einer ersten Bildwiederholfrequenz und einer ersten Anzahl von möglichen Lichtintensitätsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen zu betreiben; und das optoelektronische Halbleiterbauteil zur Abstrahlung einer zweiten Lichtverteilung in wenigstens einem zeitlich auf den ersten Betriebsmodus folgenden zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten Bildsignal, einer zweiten Bildwiederholfrequenz und einer zweiten Anzahl von möglichen Helligkeitsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen zu betreiben.
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Ein dritter Aspekt der Beschreibung ist auf eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gerichtet, welche die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt sowie das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm;
- 2 ein schematisches Blockdiagramm;
- 3 ein schematisches Lichtintensitäts-Farbtemperatur-Diagramm; und
- 4 in schematischer Form einen KraftfahrzeugScheinwerfer.
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1 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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So wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, welches insbesondere eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Halbleiterlichtquellen umfasst, in einem Schritt 102 derart betrieben, dass eine erste Lichtverteilung in einem ersten Betriebsmodus, der durch ein erstes Bildsignal, durch eine erste Bildwiederholfrequenz und durch eine erste Anzahl von möglichen Lichtintensitätsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen charakterisiert ist, betrieben.
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In einem Schritt 104 findet ein Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauteils zur Abstrahlung einer zweiten Lichtverteilung in wenigstens einem zeitlich auf den ersten Betriebsmodus folgenden zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten Bildsignal, einer zweiten Bildwiederholfrequenz und einer zweiten Anzahl von möglichen Helligkeitsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen statt.
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Der erste und der zweite Betriebsmodus unterscheiden sich wenigstens durch die erste und zweite Anzahl von möglichen Helligkeitsstufen.
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Eine Pulsweitenmodulationsfrequenz ist jedem der Betriebsmodi des optoelektronischen Bauteils zugeordnet. Bei einer Pulsweitenmodulationsfrequenz der jeweiligen Betriebsmodi handelt es sich beispielsweise jeweils um die umgekehrte Periodendauer, die zwischen möglichen Einschaltzeitpunkten der einzelnen Halbleiterlichtquellen liegt. Die jeweils zugeordnete Bildwiederholfrequenz für den ausgewählten Betriebsmodus ergibt sich, indem die Pulsweitenmodulationsfrequenz durch die zugeordnete Anzahl der Helligkeitsstufen dividiert wird. Jeweilige Farbtemperaturen lassen sich durch unterschiedlich eingestellte Helligkeitsstufen, im Sinne eines jeweiligen Pixels nah beieinander angeordneter und unterschiedliche Wellenlängen abstrahlender Einzellichtquellen erreichen.
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Bei der jeweiligen Anzahl der Helligkeitsstufen handelt es sich um die diskret von der jeweiligen Halbleiterlichtquelle einstellbaren abstrahlbaren Lichtintensitäten. Beispielsweise wird die abgestrahlte Lichtintensität durch die Einschaltzeitdauer der Halbleiterlichtquelle während der voran genannten Periodendauern eingestellt.
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Aufgrund der erhöhten Anzahl an Pixeln des optoelektronischen Bauteils und deren komplexe Ansteuerung mittels eines Bildsignals ergeben sich die unterschiedlichen Betriebsarten für das optoelektronische Bauteil. Diese Betriebsarten sehen die jeweils feste Pulsweitenmodulationsfrequenz und die zugeordnete feste Anzahl an Intensitätsstufen im Sinne einer Intensitätsauflösung vor. In anderen Worten lässt sich das optoelektronische Bauteil mit einem Paar umfassend eine Pulsweitenmodulationsfrequenz und eine zugeordnete Intensitätsauflösung betreiben.
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In einem Beispiel findet gemäß einem weiteren Schritt 106 ein Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauteils in einem zeitlich auf den wenigstens einen zweiten Betriebsmodus folgenden dritten Betriebsmodus zur Abstrahlung einer dritten Lichtverteilung mit einem dritten Bildsignal, einer dritten Bildwiederholfrequenz und einer dritten Anzahl von möglichen Helligkeitsstufen und/oder möglichen Farbtemperaturen statt.
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In einem Beispiel liegen die erste und die dritte Bildwiederholfrequenz oberhalb von einem Schwellwert, insbesondere oberhalb von 400 Hz. Die zweite Bildwiederholfrequenz liegt hingegen unterhalb von dem Schwellwert, insbesondere unterhalb von 400 Hz.
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Das Verfahren umfasst in einem Beispiel einen optionalen Schritt 103 zum Ermitteln wenigstens eines der Betriebsmodi, insbesondere des zweiten Betriebsmodus, insbesondere der wenigstens einen der Bildwiederholfrequenzen, insbesondere der zweiten Bildwiederholfrequenz, in Abhängigkeit von dem Bildsignal und/oder in Abhängigkeit von einem mit dem Bildsignal assoziierten Parameter. Die Ermittlung des zweiten Betriebsmodus wird also in Abhängigkeit von dem Bildsignal und/oder einem damit assoziierten Parameter ermittelt. Beispielsweise kann zunächst eine erwartete oder ermittelte mittlere Bilddynamik ermittelt werden, die auf einen Vergleich einer Mehrzahl von Einzelbildern des zweiten Bildsignals beruht.
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2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm. Eine Vorrichtung 200 ist zum Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauteils 202 eingerichtet. So wird die jeweilige Lichtverteilung La, Lb, Lc in Abhängigkeit von dem zu dem jeweiligen Zeitpunkt gültigen Betriebsmodus Ba, Bb, Bc und in Abhängigkeit von dem zeitlich konstanten oder zeitlich veränderlichen Bildsignal Sa, Sb, Sc abgestrahlt.
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Das erste und das dritte Bildsignal Sa, Sc weisen in einem Beispiel eine geringere mittlere zeitliche, insbesondere pixelbezogene Änderung der abzustrahlenden Lichtintensität zwischen zwei Einzelbildern auf als das zweite Bildsignal Sb. Das zweite Bildsignal Sb umfasst somit eine dynamischere zeitliche Helligkeitsänderung der Einzelpixel bzw. Einzellichtquellen.
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In einem Beispiel ist wenigstens eine Modus-bezogene Verknüpfung zwischen dem Bildsignal Sa, Sb, Sc und dem Betriebsmodus Ba, Bb, Bc a-priori festgelegt.
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Ein jeweiliger der Betriebsmodi Ba, Bb, Bc des optoelektronischen Bauteils 202 ist mit einem Paar der Anzahl der möglichen Helligkeitswerte und einer zugeordneten Betriebsfrequenz des optoelektronischen Bauteils 202, insbesondere der Pulsweitenmodulationsfrequenz, assoziiert.
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Ist die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise ein Fahrzeugscheinwerfer, so ist die erste Lichtverteilung eine Abblendlichtverteilung, die dritte Lichtverteilung ist eine Fernlichtverteilung, und die zweite Lichtverteilung ist eine Zwischenlichtverteilung, die einen Übergang von der Abblendlichtverteilung zu der Fernlichtverteilung charakterisiert. Selbstverständlich kann auf diese Art und Weise auch ausgehend von der Fernlichtverteilung zu der Abblendlichtverteilung gewechselt werden.
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In einem vorteilhaften Beispiel stimmen der erste und der dritte Betriebsmodus Ba, Bc insbesondere hinsichtlich der Bildwiederholfrequenz überein. Damit lassen sich zwischen dem ersten und dritten Betriebsmodus Ba, Bc, also im Betriebsmodus Bb abweichende Anzahlen von Lichtintensitätsstufen einstellen.
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In einem anderen Beispiel unterscheiden sich der erste, zweite und dritte Betriebsmodus in der jeweiligen Bildwiederholfrequenz.
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3 zeigt in schematischer Form ein Diagramm, bei dem Lichtintensität I in Lux über der Farbtemperatur Tc in Kelvin aufgetragen ist. Erlaubt man durch Verschieben der Balance zwischen den Faktoren der nachfolgenden Gleichung (1) eine dynamische Anpassung der Bildwiederholfrequenzen in Abhängigkeit einzelner Beleuchtungszustande, so ist es möglich den Bereich mit einer hohen Frequenz für eine möglichste lange Einschaltdauer zu optimieren.
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Der Pfeil 303 veranschaulicht exemplarisch ein Szenario für eine weiße Lichtquelle mit der Möglichkeit unterschiedliche Farbtemperaturen zu schalten: Als Startpunkt 310 wird eine hohe Intensität (200 lx) und eine hohe Farbtemperatur (5500 K) gewählt. Als Endpunkt 320 wird eine geringe Intensität (24 lx) und niedrige Farbtemperatur (3500 K) gewählt. In diesem Beispiel beginnt man also in einem ersten Bereich 312 mit einer hohen PWM-Frequenz also einer hohen Bildwiederholfrequenz. Hierdurch wird das ungewollte Flimmern vermieden. Für die vergleichsweise kurze Translationszeit in einem zweiten Bereich 330 verringert man zugunsten der höheren Intensitätsauflösung die PWM-Frequenz, verringert also die Bildwiederholfrequenz im Vergleich zu dem Bereich 310. Am Ende des Übergangszeitraums wird in einem Bereich 322 die Bildwiederholfrequenz wieder hoch gesetzt, um für den stationären Fall eine flimmerfreie Beleuchtung zu ermöglichen.
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Es wird damit eine Lichtquelle zur Beleuchtung bereitgestellt, bestehend aus einer oder mehrere LEDs ggf. in unterschiedlichen Farbtemperaturen oder Farben, die bei Dimmung mittels einer Pulsweitenmodulation dynamisch so gesteuert werden kann, dass sich für eine möglichst lange Zeitdauer eine für den Menschen angenehme und nicht wahrnehmbare Bildwiederholfrequenz oberhalb der wahrnehmbaren Flimmerfrequenz ergibt. Dabei wird die Pulsweitenmodulationsfrequenz dynamisch in Abhängigkeit der Beleuchtungsstarke, Farbtemperatur oder Farbwechsel angepasst, um - wenn überhaupt - nur kurzzeitig unter der wahrnehmbaren Frequenz zu liegen.
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4 zeigt die Beleuchtungseinrichtung 400 für das Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung 400 umfasst das Lichtmodul 100, welches in einem Gehäuse 402 angeordnet ist. Das Lichtmodul 100 wird mittels eines Steuergeräts 404 zu einer Abstrahlung von Licht betrieben. Das von dem Lichtmodul 100 abgestrahlte Licht trifft auf eine transparente Abdeckscheibe 406, welche eine Lichtdurchtrittsöffnung des Gehäuses 402 verschließt. Von der Abdeckscheibe 406 wird eine Abstrahllichtverteilung 408 abgestrahlt.
