FR3117573A1 - Source lumineuse synchrone pour un véhicule automobile - Google Patents

Abstract

L’invention propose une source lumineuse pixellisée qui peut intervenir dans un ensemble lumineux pour un véhicule automobile réunissant plusieurs telles sources lumineuses pixellisée. La source lumineuse pixellisée est telle que l’ensemble lumineux est capable de projeter des faisceaux lumineux à effets de scintillement réduits par rapport aux solutions connues. L’effet est obtenu à l’aide d’une synchronisation entre les signaux d’horloge internes aux différentes sources lumineuses pixellisées d’un tel ensemble. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Source lumineuse synchrone pour un véhicule automobile

Cette invention est liée au domaine des systèmes d'éclairage de véhicules automobiles, et en particulier elle concerne de tels systèmes utilisant une pluralité de sources lumineuses pixellisées.

Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émettre de la lumière d’une longueur d’onde prédéterminée lorsqu’une tension électrique au moins égale à une valeur seuil est appliquée à ses terminaux. Au-delà de cette valeur seuil appelée tension directe, l’intensité du flux lumineux émis par une LED augmente en général avec l’intensité moyenne du courant électrique d’alimentation. Avec l’échauffement de la jonction semi-conductrice, l’intensité du courant électrique à tendance à augmenter à tension appliquée constante. Leur petite taille et leur faible consommation en électricité rendent les composants LED intéressants dans le domaine des modules lumineux pour véhicules automobiles. Des sources lumineuses de type LED peuvent par exemple être utilisées pour réaliser des signatures optiques distinctives en plaçant les composants le long de contours prédéterminés. En utilisant des composants LED, la réalisation de feux à fonctions lumineuses multiples est également facilitée.

Il est également connu d’utiliser des sources lumineuses pixellisées de différents types de technologies pour projeter ces faisceaux lumineux à partir de données d’image. Il s’agit par exemple de la technologie monolithique, suivant laquelle une pluralité importante de sources élémentaires de type diode électroluminescente, LED, équivalentes à des pixels, sont gravées dans un substrat semi-conducteur commun. Le substrat peut en outre comprendre des composants électroniques embarqués, tels que des circuits interrupteurs ou autres. Des connexions électriques intégrées permettent d'activer les pixels indépendamment les uns des autres. Il a notamment été proposé de piloter de telles sources lumineuses pixélisées en tension : en appliquant une tension électrique constante à une source lumineuse pixellisée, les pixels individuels peuvent être commandées par le biais d’un interrupteur par pixel, commandée par un signal binaire. Le signal de commande visant un pixel peut par exemple être un signal à modulation de largeur d’impulsion, PWM (« Pulse Width Modulation »), dont le rapport cyclique aura un impact direct sur l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse le pixel, et donc sur son degré de luminosité. Ainsi la projection de faisceaux pixellisées à partir de données d’images en niveaux de gris devient possible. Chaque source lumineuse pixellisées comprend de manière connue un oscillateur permettant de générer un signal périodique binaire ou sinusoïdal faisant office de signal d’horloge. Ce signal peut par exemple être utilisé pour générer le signal PWM qui vient d’être décrit, ou pour cadencer un compteur indiquant un degré de luminosité.

Des sources lumineuses pixélisées peuvent être utilisées pour réaliser des fonctions « feux de route » (HB, « High Beam »), ou des fonctions complexes telles que l’ADB (« Adaptive Driving Beam ») ou autres. Pour la réalisation de fonctions lumineuses complexes, il peut être intéressant de combiner plusieurs segments pixellisés, chaque segment ayant sa propre matrice de sources lumineuses élémentaires et son propre oscillateur générant son propre signal d’horloge.

Il a été observé qu’un phénomène visuel de scintillement (« flickering ») peut apparaître lors de l’utilisation de telles sources qui combinent plusieurs matrices pixellisées. Ce phénomène est indésirable et peu notamment présenter une source de danger potentiel dans le trafic routier, puisqu’il peut être une source de distraction pour les usagers de la route.

L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une source lumineuse pixellisée qui peut intervenir dans un ensemble lumineux réunissant plusieurs telles sources lumineuses pixellisées, telle que l’ensemble lumineux soit capable de projeter des faisceaux lumineux à effets de scintillement réduits par rapport aux solutions connues.

En accord avec un premier aspect de l’invention, une source lumineuse pixellisée pour un véhicule automobile est proposée. La source lumineuse pixellisée comprend des moyens de connexion à un bus de données série synchrone et une unité de gestion capable de générer un signal d’horloge. La source lumineuse pixellisée est remarquable en ce que l’unité de gestion comprend une boucle à verrouillage de phase destinée à asservir un premier signal, issu d’un oscillateur, moyennant un signal d’horloge de référence reçu sur ledit bus de données série synchrone, pour générer un signal d’horloge verrouillé en phase sur le signal d’horloge de référence.

Les moyens de connexion peuvent de préférence comprendre une zone de la source lumineuse pixellisée destinée à être connectée par pontage du type « wire bonding » au bus de données. Alternativement les moyens de connexion peuvent comprendre une connexion de type pontage à un bus de données. Encore alternativement, les moyens de connexion peuvent comprendre un connecteur.

De préférence, l’unité de gestion peut comprendre un élément microcontrôleur. L’unité de gestion peut préférentiellement comprendre un oscillateur destiné à générer ledit signal d’horloge.

De manière préférée, la source lumineuse pixellisée peut comprendre une pluralité de sources lumineuses élémentaires destinées à être commandées par un signal de commande à modulation de largeur d’impulsion. La fréquence et/ou le rapport cyclique du signal de commande peut de préférence être déterminé à partir du signal d’horloge généré par l’unité de gestion.

Les signaux d’horloge peuvent de préférence comprendre des signaux périodiques binaires ou sinusoïdaux. Le signal d’horloge de référence peut de préférence comprendre un signal analogique. Alternativement, le signal d’horloge de référence peut comprendre un signal digital transmis de manière encodée sur ledit bus de données série synchrone. De préférence, la source lumineuse pixellisée peut comprendre une unité de décodage permettant de décoder le signal d’horloge de référence à partir des données reçues sur le bus de données, afin de l’asservir sur la boucle à verrouillage de phase.

La boucle à verrouillage de phase peut de préférence comprendre un circuit diviseur de fréquence et en ce que le signal d’horloge généré par l’unité de gestion a une fréquence plus élevée que le signal d’horloge de référence.

Le circuit diviseur de fréquence peut de préférence être destiné à diviser la fréquence premier signal issu d’un oscillateur par un facteur qui se situe entre 1.2 et 70, de préférence entre 1.24 et 64, limites incluses.

En accord avec un autre aspect de l’invention, un ensemble lumineux pour un véhicule automobile comprenant est proposé. L’ensemble comprend une pluralité de sources lumineuses pixellisées selon l’aspect précédent de l’invention, une unité de commande ayant des moyens de connexion à un bus de données série synchrone, et un bus de données reliant l’unité de commande à chacune des sources lumineuses pixélisées. L’ensemble est remarquable en ce que ledit signal d’horloge de référence sert à cadencer les communications entre l’unité de commande et chacune des sources lumineuses pixellisées.

De préférence, l’unité de commande peut comprendre un élément microcontrôleur.

De préférence, ledit bus de données série synchrone peut comprendre un canal dédié à la transmission du signal d’horloge de référence.

Le signal d’horloge de référence peut de préférence être un signal analogique.

De préférence, le bus de données série synchrone peut être un bus de type SPI (« Serial Peripheral Interface »).

Chacune de la pluralité de sources lumineuses pixellisées peut préférentiellement former un segment d’une unité de projection.

En accord avec un aspect final de l’invention, un procédé de synchronisation de deux signaux d’horloge générés respectivement par deux unités de gestion de deux sources lumineuses pixellisées selon un des aspects précédents de l’invention est proposé. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes de suivante au niveau de chaque unité de gestion :

- obtention d’un signal d’horloge de référence sur un bus de données série synchrone qui relie chacune des unités de gestion à une unité de commande commune ;

- verrouillage de la phase du signal d’horloge généré par l’unité de gestion à la phase dudit signal de référence.

En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer une source lumineuse pixellisée qui peut intervenir dans un ensemble lumineux réunissant plusieurs telles sources lumineuses pixellisées, telle que l’ensemble lumineux soit capable de projeter des faisceaux lumineux à effets de scintillement réduits par rapport aux solutions connues. En effet, il a été observé qu’une source de l’effet indésirable du scintillement est un déphasage aléatoire qui peut exister entre les oscillateurs internes aux sources lumineuses pixellisées, et donc entre les signaux d’horloges des différentes sources lumineuses pixellisées, qui sont indépendantes les unes des autres. Comme les signaux d’horloge ont un impact sur les signaux PWM qui commandent les sources lumineuses élémentaires de chaque source lumineuse pixellisée, leurs déphasages mutuels génèrent des inhomogénéités dans le faisceau lumineux projeté par l’ensemble lumineux – ce qui est une source principale de l’effet de scintillement. L’invention permet de proposer une source lumineuse pixellisée capable de synchroniser la fréquence de son oscillateur interne, et donc son propre signal d’horloge, à un signal d’horloge de référence. De préférence, le signal d’horloge de référence utilisé est un signal qui est déjà disponible au niveau de la source lumineuse pixellisée. Il peut s’agir par exemple d’un signal d’horloge qui cadence les communications sur un bus de données série utilisé pour relier chacune des sources lumineuses pixellisées à une unité de commande qui leur est commune. En réutilisant ce signal disponible au niveau de chacune des sources lumineuses pixellisées d’un ensemble lumineux comme référence de synchronisation pour les signaux d’horloge internes à chacune des sources lumineuses pixellisées, on s’affranchit du besoin de mettre à disposition une connexion supplémentaire et dédiée à l’obtention de l’effet désiré. En plus, on s’affranchit d’un calibrage de chaque oscillateur par rapport à une référence théorique lors de la phase de production. Il a été observé que l’effet indésirable du scintillement peut être fortement réduit en imposant pour le signal d’horloge, interne à chaque source lumineuse pixellisée, un déphasage constant dans le temps par rapport au signal d’horloge de référence, commun à toutes les sources lumineuses pixellisées.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels :

- est une illustration schématisée d’une source lumineuse pixellisée selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;

- est une illustration schématisée d’une unité de gestion telle qu’elle intervient dans une source lumineuse pixellisée selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;

- est une illustration schématisée d’un ensemble lumineux selon un mode de réalisation préféré de l’invention.

Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détails pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative.

La description se concentre sur les éléments d’un ensemble lumineux pour un véhicule automobile, qui sont nécessaires à la compréhension de l’invention. D’autres éléments, qui font par exemple de manière connue partie de tels ensembles, ne seront pas mentionnés ni décrits en détails. Par exemple, la présence d’un support ou d’éléments de dissipation thermique sont implicites pour le fonctionnement d’un tel module.

Un ensemble ou module lumineux pour un véhicule automobile tel qu’il intervient dans la mise en œuvre d’un procédé de pilotage en accord avec un premier mode de réalisation selon l’invention permet de projeter des fonctions d’éclairage à partir de données d’image. Le module comprend une pluralité de sources lumineuses pixellisées. Le module est apte à projeter un faisceau lumineux pixellisé, de préférence à haute définition. Une image comprend généralement une matrice de valeurs de pixels, chaque valeur correspondant à un degré de luminosité à réaliser par une source lumineuse élémentaire correspondante du module d’éclairage. A titre d’exemple, une source lumineuse pixellisée est alimentée en tension électrique, sans que l’invention ne se limite à ce mode d’alimentation électrique : à un instant donnée, la même tension électrique est appliquée aux bornes de chaque pixel, qui équivaut à une source élémentaire réalisée par un élément semi-conducteur électroluminescent miniaturisé. Le degré de luminosité à émettre par chaque pixel est commandé par le rapport cyclique d’un signal de commande à modulation de largeur d’impulsion PWM (« pulse width modulation ») qui branche et débranche le pixel de manière sélective et périodique. Pour un rapport cyclique de 100%, l’intensité du courant électrique moyen qui traverse un pixel est égale à son intensité maximale ou peak, ce qui engendre une luminosité maximale. Pours des degrés d’intensité inférieurs, un rapport cyclique inférieur engendre une valeur moyenne plus basse de l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse le pixel. L’intensité de courant maximale est dépendante de la valeur de tension électrique appliquée à la source lumineuse pixellisée. Le signal périodique PWM utilisé pour commander les sources lumineuses élémentaire d’une source lumineuse pixellisée particulière est dépendant d’un signal d’horloge interne à cette source lumineuse pixellisée.

La montre une source lumineuse pixellisée 110 selon un mode de réalisation de l’invention. La source lumineuse pixellisée comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 115, arrangées sous forme d’une matrice. A titre d’exemple et non-limitatif, la source lumineuse illustrée est alimentée en tension. La source lumineuse pixellisée 110 comprend en outre des moyens de connexion 120 permettant sa connexion, par exemple par pontage, à un bus de données série synchrone, sur lequel la source lumineuse peut recevoir des instructions qui commandent son fonctionnement : ces données peuvent par exemple indiquer quelle image est à projeter par la matrice de source lumineuse élémentaires. Les échanges de données entre la source lumineuse et une entité externe connectée par le bus de données sont cadencés par un signal d’horloge régulier et périodique : à chaque période, un échange de données peut avoir lieu. En accord avec l’invention, ce signal d’horloge de référence 121, qui est reçu sur le bus de données synchrone, est utilisé pour générer un signal d’horloge interne 131 moyennant une unité de gestion 130. Le signal d’horloge interne présente la particularité d’avoir un déphasage fixe par rapport au signal d’horloge de référence 121 utilisé sur le bus de données. Pour réaliser cet effet, l’unité de gestion comprend un circuit électronique connu sous le nom de boucle à verrouillage de phase.

La montre l’unité de gestion 130 de la source lumineuse 110 en plus de détails. Il s’agit d’un exemple de réalisation préféré de l’invention. L’unité de gestion comprend un circuit oscillateur commandé en tension 136, destiné à produire un premier signal périodique 137 a une fréquence désirée. Il peut avantageusement s’agir d’un signal de tension, de préférence à allure sinusoïdale.

La boucle à verrouillage de phase de l’unité de gestion 130 comprend en outre un circuit comparateur de phase 132 ainsi qu’un circuit de filtrage, typiquement de type passe-bas 134. Le circuit diviseur de fréquence 138 est optionnel. En son absence, la phase du signal 137 fourni par l’oscillateur 136 est comparée en permanence à celle du signal d'entrée 121. Le comparateur de phase génère un signal de tension qui correspond directement à l'écart de phase et qui est présenté à l’entrée du filtre passe-bas 134. Le signal filtré commande l’oscillateur. Le premier signal 137 issu de l’oscillateur est ainsi asservi moyennant le signal d’horloge de référence 121, pour ainsi générer un signal d’horloge 131. Le rôle de la boucle à verrouillage de phase est de faire en sorte que les fréquences des signaux appliqués sur les deux entrées du comparateur de phase soient identiques. Les phases de ces deux signaux peuvent être différentes. Cependant la différence entre les phases des signaux 121 et 131 est constante et maîtrisée.

Si la fréquence du signal d’horloge 131 à générer, qui est destinée à être utilisée dans la commande des sources lumineuse élémentaires de la source lumineuse pixellisée, doit avoir une fréquence plus élevée (ou plus basse) que la fréquence du signal d’horloge 121 disponible, le circuit diviseur de fréquence 138 permet de diviser la fréquence du signal généré par le circuit oscillateur 136 par un facteur approprié.

Des montages de circuits oscillateurs, diviseurs de fréquences, comparateurs de phases et filtres passe-bas sont connue sous de multiples variantes dans l’art et peuvent être utilisées dans le cadre de la présente invention tant. Les détails de réalisation de ces circuit électroniques ne seront pas fournis dans le cadre de la présente invention puisqu’ils sont en soi bien connus par une personne ayant de capacités générales en matière d’électronique.

La montre un ensemble lumineux 100 pour un véhicule automobile selon un mode de réalisation préféré. L’ensemble 100 comprend une pluralité de sources lumineuses pixellisées 110, 110’, 110’’ telles qu’elles viennent d’être décrites en relation avec les figures 1 et 2. L’ensemble comprend en outre une unité de commande 150 ayant des moyens de connexion 152, par exemple par pontage ou moyennant un connecteur dédié, à un bus de données série synchrone. Le bus de données 140 relie l’unité de commande 150 à chacune des sources lumineuses pixélisées 110, 110’, 110’’. Alors que la montre une pluralité de trois sources lumineuses pixellisées, l’invention ne se limite évidemment pas à cet exemple spécifique et d’autres nombres de sources lumineuses pixellisées peuvent être envisagés selon les applications de projection visées, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Le bus de données 140 comprend, de préférence sur un canal dédié, un signal d’horloge de référence 121 qui sert à cadencer les communications entre l’unité de commande 150 et chacune des sources lumineuses pixellisées 110, 110’, 110’’. Il devient apparent que chacune des sources lumineuses pixellisées est désormais capable de générer un signal d’horloge interne 131, 131’, 131’’ dont chacun présente un déphasage constant par rapport au même signal d’horloge de référence 121. Les déphasages entre les signaux d’horloge internes 131, 131’, 131’’ sont donc constants et maîtrisés sans l’intervention de connexions spécifiques dédiées à la réalisation de cette synchronisation. Ce degré de synchronisation au niveau des horloges internes, qui ont un impact direct sur la commande des sources lumineuses élémentaires, permet d’éviter des scintillements visibles à l’œil humain lors de la projection de faisceaux lumineux impliquant toutes les sources lumineuses pixellisées de l’ensemble 100.

De préférence, le bus de données 140 est un bus de type SPI (« Serial Peripheral Interface »), qui comprend un canal dédié pour transporter le signal d’horloge de référence interne 121. D’autres protocoles sont cependant envisageables pour autant que l’unité de gestion 130 d’une source lumineuse pixellisée soit capable d’extraire le signal d’horloge utilisé dans le protocole de communication utilisé sur le bus de données 140. A titre d’exemple, le signal d’horloge 121 peut être encodé de manière digitale dans des paquets de données digitales transmises par l’unité de commande 150 à destination d’une source lumineuse pixellisée 110. Dans un tel cas, un circuit décodeur sera prévu au niveau de la source lumineuse 110 afin d’extraire le signal d’horloge de référence, pour l’asservir dans la boucle de verrouillage à phase comme décrit précédemment. Pour autant que chacune des sources lumineuses pixellisées 110, 110’, 110’’’ de l’ensemble 100 utilise le même signal d’horloge de référence, la synchronisation entres les horloges internes 131, 131’, 131’’ peut ainsi être obtenue.

Pour l’exemple d’un bus de données 140 de type SPI, l’horloge de référence 121 a typiquement une fréquence comprise entre 1 et 25 MHz. Cependant, le signal d’horloge 131 nécessaire à la commande de sources lumineuse élémentaires (par exemple pour commander leur état d’allumage en mode PWM) peut avoir une fréquence comprise entre 32 et 64 MHz. Dans cet exemple, il est donc nécessaire de prévoir un circuit diviseur de fréquence dans la boucle de verrouillage de phase, comme illustré par le circuit 138 de la . Le facteur de division correspond à une valeur entre 1,28 et 64 pour faire correspondre les plages de fréquence mentionnées. Il va de soi que, selon les fréquences visées, d’autres facteurs de division sont à prévoir sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne limitent pas l’étendue de la protection de l’invention. En faisant recours à la description qui vient d’être donnée, d’autres modes de réalisation sont envisageables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.

Claims (10)

1. Source lumineuse pixellisée (100) pour un véhicule automobile comprenant des moyens de connexion (120) à un bus de données série synchrone et une unité de gestion (130) capable de générer un signal d’horloge (131), caractérisé en ce que l’unité de gestion comprend une boucle à verrouillage de phase (132, 134, 136) destinée à asservir un premier signal (137), issu d’un oscillateur (136), moyennant un signal d’horloge de référence (121) reçu sur ledit bus de données série synchrone, pour générer un signal d’horloge (131) verrouillé en phase sur le signal d’horloge de référence (121).
2. Source lumineuse pixellisée (110) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’elle comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires (115) destinées à être commandées par un signal de commande à modulation de largeur d’impulsion, la fréquence et/ou le rapport cyclique du signal de commande étant déterminé à partir du signal d’horloge (131) généré par l’unité de gestion (130).
3. Source lumineuse pixellisée selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle à verrouillage de phase comprend un circuit diviseur de fréquence (138) et en ce que le signal d’horloge généré (131) par l’unité de gestion a une fréquence plus élevée que le signal d’horloge de référence (121).
4. Source lumineuse pixellisée selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit diviseur de fréquence (138) est destiné à diviser la fréquence du premier signal (137) issu d’un oscillateur (136) par un facteur qui se situe entre 1.2 et 70, limites incluses.
5. Ensemble lumineux (100) pour un véhicule automobile comprenant une pluralité de sources lumineuses pixellisées (110, 110’, 110’’) selon une des revendications précédentes, une unité de commande (150) ayant des moyens de connexion (152) à un bus de données série synchrone, et un bus de données (140) reliant l’unité de commande à chacune des sources lumineuses pixélisées, caractérisé en ce que ledit signal d’horloge de référence (121) sert à cadencer les communications entre l’unité de commande et chacune des sources lumineuses pixellisées.
6. Ensemble lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit bus de données série synchrone (140) comprend un canal dédié à la transmission du signal d’horloge de référence.
7. Ensemble lumineux selon une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le signal d’horloge de référence est un signal analogique.
8. Ensemble lumineux selon une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le bus de données série synchrone (140) est un bus de type SPI (« Serial Peripheral Interface »).
9. Ensemble lumineux selon une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que chacune de la pluralité de sources lumineuses pixellisées (110, 110’, 110’’’) forme un segment d’une unité de projection.
10. Procédé de synchronisation entre au moins deux signaux d’horloge (131, 131’, 131’’) générés respectivement par au moins deux unités de gestion (130, 130’, 130’’) d’au moins deux sources lumineuses pixellisées (110, 110’, 110’’) selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de suivante au niveau de chaque unité de gestion :
    - obtention d’un signal d’horloge de référence (121) sur un bus de données série synchrone (140) qui relie chacune des unités de gestion à une unité de commande commune ;
    - verrouillage de la phase du signal d’horloge (131, 131’, 131’’) généré par l’unité de gestion à la phase dudit signal de référence (121).