JP7248735B2 - 高速画像リフレッシュシステム - Google Patents

Description

［関連出願］
本願は、２０１９年６月２８日出願の米国特許出願番号第１６/４５６,８５８号、２０１９年６月２８日出願の米国特許出願番号第１６/４５６,８６２号、２０１８年１０月３０日出願の欧州特許出願第１８２０３４４５.４号、及び２０１８年９月１０日出願の米国特許出願番号第６２/７２９,２５７号の優先権を主張し、これらの各出願は参照によりその全体がここに組み込まれる。

［技術分野］
本開示は、概して、高速画像リフレッシュ速度でアドレス可能なＬＥＤピクセルアレイをサポートできる外部データ画像入力を備えるマイクロコントローラに関する。

ＣＭＯＳ回路をサポートするＬＥＤのピクセルアレイが使用されているが、商用的使用に適する実用的な実装は、厳しい製造、電力、及びデータ管理の問題に直面し得る。何千個もの発光ピクセルの個々の光強度は、３０～６０Ｈｚのリフレッシュレートで制御される必要があり得る。高データリフレッシュレートは、多くのアプリケーションのために必要であり、種々の較正、試験、及び制御方法をサポートするシステムが必要である。

一実施形態では、ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部は、外部データバスとのシリアルインタフェースと、前記シリアルインタフェース及び前記ＬＥＤピクセルアレイに接続されたアドレス生成器と、を含む。画像フレームバッファは、画像データを受信するために前記インタフェースに接続され、画像フレームバッファアドレスを受信するために前記アドレス生成器に更に接続される。コマンド及び制御モジュールは、前記シリアルインタフェースに接続され、画像フレームバッファ出力信号を変更するよう構成される。構成データ記憶モジュールは、前記コマンド及び制御モジュールに接続され、前記ＬＥＤピクセルアレイ内でピクセル電圧応答に関連する較正データを格納する。

一実施形態では、スタンバイ画像バッファは、前記画像フレームバッファに接続され、規定画像を保持する。別の実施形態では、パルス幅変調器が、前記画像フレームバッファと前記ＬＥＤピクセルアレイとの間に接続される。

幾つかの実施形態では、前記画像フレームバッファは、６０Ｈｚ以上の速度で保持された画像をリフレッシュできる。画像リフレッシュデータは、シリアルインタフェースを介して外部から提供されることができる。

一実施形態では、前記コマンド及び制御モジュールは、温度データを受信するＡＤＣに接続される。前記コマンド及び制御モジュールは、Ｖｆデータを受信するＡＤＣに接続できる。幾つかの実施形態では、前記コマンド及び制御モジュールは、Ｖｂｉａｓデータを受信するＤＡＣに接続できる。

前記コマンド及び制御モジュールは、外部制御信号を提供する第２インタフェースに接続できる。別の実施形態では、前記コマンド及び制御モジュールは、前記ＬＥＤピクセルアレイに接続されたバイパス線を含み、個々のピクセルアドレス指定を可能にする。

幾つかの実施形態では、前記画像バッファ内の画像は、部分的又は差動リフレッシュできる。

幾つかの実施形態では、ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部は、画像データを受信する画像フレームバッファと、前記画像フレームバッファに接続され、スタンバイ画像を保持するスタンバイ画像バッファと、を含む。コマンド及び制御モジュールは、画像データが利用できないとき、前記画像フレームバッファ内の画像を、前記スタンバイ画像バッファ内のスタンバイ画像で代用するよう構成される。画像データは、画像内のエラー又は画像を適時に受信することに失敗したことにより利用できないことがある。幾つかの実施形態では、前記画像フレームバッファ内に保持された画像データは、少なくとも部分的に、車両又はＬＥＤ制御部により提供される。同様に、前記スタンバイ画像は、少なくとも部分的に車両又は前記ＬＥＤ制御部により提供できる。

アクティブヘッドランプを用いて、離散セクタの中の道路の照明を示す図である。

静的照明モジュールに隣接するよう位置付けられる動的ピクセルアドレス可能照明モジュールを示す。 アクティブヘッドランプを制御する車両ヘッドランプシステムの一実施形態である。 車両処理出力への接続を有する、アクティブヘッドランプを制御する車両ヘッドランプシステムの一実施形態である。

アクティブヘッドランプ制御部の一実施形態の概略図である。

ＬＥＤピクセルアレイのためのマイクロコントローラアセンブリの図である。

ピクセル制御回路のためのＬＤＯバイパス回路を示す。 ゲートタイミング図を示す。

代替のピクセル制御回路を示す。 代替のゲートタイミング図を示す。

ＬＤＯバイパスをサポートする行及び列選択を有するアクティブマトリクスピクセルアレイを示す。

発光ピクセルアレイは、光分布の微調整された強度、空間、及び時間制御の利益を享受するアプリケーションをサポートし得る。これは、限定ではないが、ピクセルブロック又は個々のピクセルから放射される光の精細な空間的パターニングを含む。アプリケーションに依存して、放射される光は、スペクトル的に区別され、時間に渡り適応され、及び／又は環境に応答してよい。発光ピクセルアレイは、種々の強度、空間、又は時間的パターンの、予めプログラムされた光分布を提供してよい。放射される光は、少なくとも部分的に、受信されたセンサデータに基づいてよく、光無線通信のために使用されてよい。関連する光学系は、ピクセル、ピクセルブロック、又は装置レベルで区別されてよい。例示的な発光ピクセルアレイは、関連する共通光学系を有する高強度ピクセルの共通に制御される中央ブロックを有する装置を含む。一方で、端のピクセルは個別光学系を有してよい。発光ピクセルアレイによりサポートされる共通のアプリケーションは、ビデオ照明、自動車ヘッドライト、建造物及び領域照明、道路照明、及び情報ディスプレイを含む。

発光ピクセルアレイは、視覚的ディスプレイを向上するために又は照明コストを低減するために、建造物又は領域を選択的及び適応的に照明するために使用されてよい。更に、発光ピクセルアレイは、装飾的な動き又はビデオ効果のために建物の正面にメディアを投影するために使用されてよい。追跡センサ及び／又はカメラと関連して、歩行者の周辺の領域の選択的照明が可能であってよい。スペクトルの異なるピクセルは、照明の色温度を調整するために、及び波長固有の園芸照明をサポートするために、使用されてよい。

道路照明は、発光ピクセルアレイから大きな利益を享受し得る重要なアプリケーションである。単一のタイプの発光アレイは、種々の道路照明タイプを模倣するために使用されてよく、例えば、選択されたピクセルの適切な起動又は停止により、タイプＩ線形道路照明とタイプＩＶ半円形道路照明との間で切り替えることを可能にする。更に、道路照明コストは、環境条件又は使用時間に従い光ビーム強度又は分布を調整することにより、低減され得る。例えば、光強度及び分布の領域は、歩行者が存在しないときには低減されてよい。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に異なる場合、光の色温度は、それぞれの昼間、夕方、又は夜間条件に従い調整されてよい。

発光アレイは、直視型又は投写型ディスプレイを必要とするアプリケーションをサポートするのにも適する。例えば、警告、緊急、又は情報標識は、全部、発光アレイを用いて表示又は投影されてよい。これは、例えば、色変化又は点滅する出口標識を投影することを可能にする。発光アレイは、膨大な数のピクセルで構成され、テキスト又は数値情報情報が提示されてよい。方向矢印又は同様の指示子も提供されてよい。

車両ヘッドランプは、多くのピクセル数及び高データリフレッシュレートを要求する発光アレイアプリケーションである。道路の選択された部分のみを積極的に照らす自動車ヘッドライトは、対向車の眩しさ又は目がくらむのに関連する問題を低減するために使用できる。センサとして赤外線カメラを用い、発光ピクセルアレイは、道路を照らす必要のあるピクセルだけを活性化し、一方で歩行者又は対向車のドライバの目をくらます可能性のあるピクセルを非活性化する。更に、道路以外にいる歩行者、動物又は標識は、ドライバの環境認識を向上するために選択的に照らされてよい。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に異なる場合、光の色温度は、それぞれの昼間、夕方、又は夜間条件に従い調整されてよい。一部のピクセルは、光無線車車間通信のために使用されてよい。

発光アレイの１つの高価値アプリケーションは、図１に関して示される。図１は、車両の前にある領域１２０を照らす車両ヘッドランプシステムの可能性のある道路照明パターン１００を示す。図示のように、道路１１０は、左端１１２、右端１１４、及び中央線１１６を含む。本例では、２つの主要な領域、つまり下に向けられた静的照射領域１２２、及び動的照射領域１３０、が照らされる。領域１３０内の光強度は、動的に制御される。例えば、中央線１１６と左端１１２との間を移動している対向車（図示しない）がサブ領域１３２内へと移動するとき、光強度は低減され又は完全にオフに遮断できる。対向車がサブ領域１３４へ向かって動くとき、一連のサブ領域（図示しない）も、低減した光強度を有するように定義でき、安全でない目のくらみ又は眩しさの機会を低減する。理解されるように、他の実施形態では、光強度は、道路標識又は歩行者を目立たせるために増大でき、空間照明パターンは、例えば動的光追跡を可能にするために調整される。

図２は、図１に関して議論したような照明パターンを提供可能な光モジュール２００の位置付けを示す。LED光モジュール２２２は、１次又は次光学系と関連して又は独立に、レンズ又は反射器を含むＬＥＤＳを含むことができる。全体のデータ管理要件を低減するために、光モジュール２２２は、機能をオン／オフにすること、又は比較的少数の光強度レベルの間で切り替えることに限定されることができる。光強度のピクセルレベル制御は、必ずしもサポートされない。

ＬＥＤ光モジュール２２２に隣接して、アクティブＬＥＤアレイが置かれる。ＬＥＤアレイは、ピクセル領域２０４及び代替として選択可能なＬＥＤ領域２０６と２０８とを備えるＣＭＯＳダイ２０２を含む。ピクセル領域２０４は、１０４個の行及び２０４個の列、１２．２×４．１６ミリメートルの領域に渡り分布する全部で３１６１６個のピクセルを有することができる。選択可能なＬＥＤ領域２０６及び２０８は、異なる車両ヘッドランプ又はアプリケーションに適する異なるアスペクト比のために選択可能である。例えば、一実施形態では、選択可能なＬＥＤ領域２０６は、１：３のアスペクト比を有し、８２個の行及び２４６個の列、１０．６×４ミリメートルの領域に渡り分布する全部で２０１７２個のピクセルを有することができる。代替として、選択可能なＬＥＤ領域２０８は、１：４のアスペクト比を有し、７１個の行及び２８４個の列、１２．１×３．２ミリメートルの領域に渡り分布する全部で２０１６４個のピクセルを有することができる。一実施形態では、ピクセルは、１０ビット強度範囲、及び６０Ｈｚ以上の標準的な動作リフレッシュレートを有する３０～１００Ｈｚの間のリフレッシュレートを有するよう能動的に管理され得る。

図３Ａは、データバス（３０４）を含む、車両のサポートする電源及び制御システム（３０２）を含む車両ヘッドランプシステム３００の実施形態を示す。センサモジュール３０６は、データバス３０４に接続されて、環境条件（例えば、１日のうちの時間、雨、霧、周囲光レベル、等）、車両条件（駐車、移動中、速度、方向）、又は他の車両若しくは歩行者の存在／位置、に関するデータを提供する。個別ヘッドランプ制御部３３０は、車両のサポートする電源及び制御システムに接続できる。

車両ヘッドランプシステム３００は、電源入力フィルタ及び制御保護モジュール３１０を含むことができる。モジュール３１０は、排気を削減するため及び電源耐性（power immunity）を提供するために、種々のフィルタをサポートできる。静電放電（Electrostatic discharge (ESD)）保護、負荷遮断保護、交流機電界減衰保護、及び極性反転保護も、モジュール３１０により提供できる。

フィルタリング済み電力は、ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣモジュール３１２に提供できる。モジュール３１２は、ＬＥＤに給電するためにのみ使用でき、標準的に、公称１３．２ボルトを有し、７～１８ボルトの間の入力電圧を有する。出力電圧は、工場又はローカル較正、及び負荷、温度若しくは他の要因に起因する動作条件調整により決定されるように、ＬＥＤアレイ最大電圧より僅かに高く（例えば０．３ボルト）設定できる。

フィルタリング済み電力は、マイクロコントローラ３２２又はアクティブヘッドランプ３２４内のＣＭＯＳロジックに給電するために使用可能な論理ＬＤＯモジュール３１４にも提供される。

車両ヘッドランプシステム３００は、マイクロコントローラ３２２に接続された（例えば、ＵＡＲＴ又はＳＰＩインタフェースを備える）バストランシーバ３２０も含むことができる。マイクロコントローラ３２２は、センサモジュール３０６からのデータに基づき又はそれを含む車両入力を変換できる。変換された車両入力は、アクティブヘッドランプモジュール３２４内の画像バッファに転送可能なビデオ信号を含むことができる。更に、マイクロコントローラ３２２は、規定画像フレームをロードし、起動時に開／閉ピクセルをテストできる。一実施形態では、ＳＰＩインタフェースは、ＣＭＯＳ内の画像バッファをロードする。画像フレームは、完全なフレーム、差分又は部分的であってよい。他のマイクロコントローラ３２２の機能は、ダイ温度を含むＣＭＯＳ状態及び論理ＬＤＯ出力の制御インタフェースモニタを含むことができる。幾つかの実施形態では、ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣ出力は、ヘッドルームを最小化するよう動的に制御可能である。画像フレームデータを提供することに加えて、サイドマーカ又は方向指示灯と関連して相補的に使用されるような他のヘッドランプ機能、及び／又は昼間点灯走行の起動も制御できる。

図３Ｂは、車両センサ入力及びコマンド、並びにヘッドランプ若しくはローカルに搭載されたセンサに基づくコマンドを受け付け可能な、車両ヘッドランプシステム３３０の種々のコンポーネント及びモジュールの一実施形態を示す。図３Ｂに示すように、車両に搭載されたセンサ３３２は、リモートセンサ３４０及びセンサ処理の可能な電子処理モジュールを含むことができる。処理されたセンサデータは、決定アルゴリズムモジュール３４４内の種々の決定アルゴリズムに入力できる。決定アルゴリズムは、結果として、種々のセンサ入力条件、例えば周囲光レベル、１日のうちの時間、車両位置、他の車両の位置、道路条件、又は気象条件、に少なくとも部分的に基づき、コマンド命令又はパターン生成を生じる。理解されるように、決定アルゴリズムモジュール３４４に有用な情報は、ユーザのスマートフォンとの接続、車車間無線接続、又はリモートデータ若しくは情報ソースとの接続を含む他のソースからも提供できる。

決定アルゴリズムモジュール３４４の結果に基づき、画像生成モジュール３４６は、最終的に動的に調整可能であり且つ条件に適したアクティブ照明パターンを車両ヘッドランプに提供する画像パターンを提供する。この生成された画像パターンは、画像符号化モジュール３４８によりシリアル若しくは他の送信方式のために符号化され、高速バス３５０を介して画像復号モジュール３５４へ送信できる。一旦復号されると、画像パターンは、照射ピクセルの起動及び強度を導出するために、ｕＬＥＤモジュール３８０に提供される。

幾つかの動作モードでは、システム３３０は、ＣＡＮバス３５２の接続を通じて決定アルゴリズムモジュール３４４の接続によりヘッドランプ制御モジュール３７０に提供される命令を用いて、規定又は簡易画像パターンにより駆動できる。例えば、車両起動のときの初期パターンは、均一な低い光強度パターンであってよい。幾つかの実施形態では、ヘッドランプ制御モジュールは、センサ起動又は制御を含む他の機能を駆動するために使用できる。

他の可能な動作モードでは、システム３３０は、ローカルセンサ又はコマンドから導出される画像パターンにより駆動でき、ＣＡＮバス３５２又は高速バス３５０を介した入力を必要としない。例えば、ローカルセンサ３６０及びセンサ処理３６２の可能な電子処理モジュールが使用できる。処理されたセンサデータは、決定アルゴリズムモジュール３６４内の種々の決定アルゴリズムに入力できる。決定アルゴリズムは、結果として、種々のセンサ入力条件、例えば周囲光レベル、１日のうちの時間、車両位置、他の車両の位置、道路条件、又は気象条件、に少なくとも部分的に基づき、コマンド命令又はパターン生成を生じる。理解されるように、車両のサポートするリモートセンサ３４０と同様に、決定アルゴリズムモジュール３６４に有用な情報は、ユーザのスマートフォンとの接続、車車間無線接続、又はリモートデータ若しくは情報ソースとの接続を含む他のソースからも提供できる。

決定アルゴリズムモジュール３６４の結果に基づき、画像生成モジュール３６６は、最終的に動的に調整可能であり且つ条件に適したアクティブ照明パターンを車両ヘッドランプに提供する画像パターンを提供する。幾つかの実施形態では、この生成された画像パターンは、追加画像符号化／復号ステップを必要とせず、選択されたピクセルの照射を駆動するためにｕＬＥＤモジュール３８０に直接送信できる。

図４は、図３のアクティブヘッドランプ３３０に関して説明したように、アクティブヘッドランプシステム４００の種々のコンポーネント及びモジュールの一実施形態を示す。図示のように、内部モジュールは、ＬＥＤパワー分布及びモニタモジュール４１０と、論理及び制御モジュール４２０と、を含む。

車両からの画像又は他のデータは、ＳＰＩインタフェース４１２を介して到来し得る。連続画像又はビデオデータは、画像フレームバッファ４１４に格納できる。画像データが利用可能ではない場合、スタンバイ画像バッファに４１６保持された１つ以上のスタンバイ画像が、画像フレームバッファ４１４へと向けられることができる。このようなスタンバイ画像は、例えば、車両の法的に許可された低ビームヘッドランプ放射パターンに従う強度及び空間パターンを含むことができる。画像データは、画像データにエラーがあると判断されたとき、又は適時に受信されなかったとき、スタンバイ画像により置き換えることもできる。幾つかの実施形態では、画像フレームは、スタンバイ画像で代用する前に、決定された回数から繰り返すことができる。

動作中、画像内のピクセルは、ピクセルモジュール４３０内の対応するＬＥＤピクセルの応答を定めるために使用され、ＬＥＤピクセルの強度及び空間変調は、画像に基づく。幾つかの実施形態では、データレートの問題を低減するために、ピクセルのグループ（例えば、５×５ブロック）が、単一のブロックとして制御可能である。高速及び高データレート動作がサポートされ、連続画像からのピクセル値は、６０Ｈｚが標準的である、３０Ｈｚ～１００Ｈｚの間のレートで画像シーケンスの中の連続フレームとしてロードできる。パルス幅変調モジュール４１８と関連して、ピクセルモジュール内の各ピクセルは、画像フレームバッファ４１４内に保持された画像に少なくとも部分的に依存するパターン及び強度で光を放射するよう動作できる。

一実施形態では、強度は、論理及び制御モジュール４２０並びにパルス幅変調モジュール４１８を用いてＬＥＤピクセル毎に適切な点灯時間及びパルス幅を設定することにより、別個に制御及び調整できる。これは、ＬＥＤピクセル起動の段階（staging）が、電力変動を低減し、及び周のピクセル診断機能を提供することを可能にする。

図５は、ＬＥＤピクセルアレイのためのマイクロコントローラアセンブリ５００を示す。アセンブリ５００は、Ｖｄｄ及びＶｓｓピンを介してロジック電力を受信できる。アクティブマトリクスは、複数のＶＬＥＤ及びＶｃａｔｈｏｄｅピンにより、ＬＥＤアレイ制御のための電力を受信する。シリアル周辺機器インタフェース（Serial Peripheral Interface (SPI)）は、単一のマスタを有するマスタ－スレーブアーキテクチャを用いて全二重モード通信を提供できる。マスタ装置は、読み出し及び書き込みのためのフレームを生成する。複数のスレーブ装置は、個々のスレーブ選択（slave select (SS)）線による選択を通じてサポートされる。入力ピンは、マスタ出力スレーブ入力（Master Outpu Slave Input (MOSI)）、マスタ入力スレーブ出力（Master Input Slave Output (MISO)）、チップ選択（chip select (SC)）、及びクロック（CLK）を含むことができ、これらは全部ＳＰＩインタフェースに接続される。

一実施形態では、ＳＰＩフレームは、２個の停止ビット（両方とも「０」）、１０個のデータビット、ＭＳＢ第１、３個のＣＲＣビット（ｘ３＋ｘ＋１）、開始１１１ｂ、及びターゲット０００ｂを含む。タイミングは、ＳａｆｅＳＰＩ「ｉｎ－ｆｒａｍｅ」標準に従い設定できる。

ＭＯＳＩフィールドデータは以下の通りである。

Frame ０: Header

Frame １/２: Start Column Address [SCOL]

Frame ３/４: Start Row Address [SROW}

Frame ５/６: Number of Columns [NCOL]

Frame ７/８: Number of Rows [NROW]

Frame ９: Intensity pixel [SCOL, SROW]

Frame １０: Intensity pixel [SCOL+l, SROW]

Frame ９+NCOL: Intensity pixel [SCOL+ NCOL, SROW]

Frame ９+NCOL+１: Intensity pixel [SCOL, SROW+１]

Frame９+NCOL+NROW: Intensity pixel [SCOL+NCOL, SROW+NROW]

ＭＯＳＩフィールドデータは、フレームメモリのループバックを含むことができる。

少なくとも１０Ｍｂｐｓのビットレートであり標準的には１５～２０Ｍｂｐｓの間である、６０Ｈｚのフィールドリフレッシュレート（毎秒６０個の完全なフレーム）がサポートされる。

ＳＰＩインタフェースは、アドレス生成器、フレームバッファ、及びスタンバイフレームバッファに接続する。ピクセルは、パラメータセット及びコマンド及び制御モジュールにより（例えば、フレームバッファへの入力の前に、又はフレームバッファからの出力の後に、パルス幅変調若しくは電力ゲーティングにより、電力制御することにより）変更された信号又は電力を有することができる。ＳＰＩインタフェースは、アドレス生成モジュールに接続できる。アドレス生成モジュールは、一方で、行及びアドレス情報をアクティブマトリクスに提供する。アドレス生成モジュールは、一方で、フレームバッファアドレスをフレームバッファに提供できる。

コマンド及び制御モジュールは、Ｉ２Ｃ（Inter－Integrated Circuit）シリアルバスを介して外部制御できる。７ビットアドレッシングを有するデータ（ＳＤＡ）ピン及びクロック（ＳＣＬ）ピンがサポートされる。

コマンド及び制御モジュールは、デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）と、２個のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）と、を含む。これらは、それぞれ、接続されたアクティブマトリクスのためにＶｂｉａｓを設定し、最大Ｖｆの決定を助け、及びシステム温度を決定するために使用される。アクティブマトリクスのためにパルス幅変調発振器（ＰＷＭＯＳＣ）周波数を設定するために、発振器（ＯＳＣ）も接続される。診断、較正、又はテスト目的でアクティブマトリクス内の個々のピクセル又はピクセルブロックのアドレス指定を可能にするために、バイパス線も存在する。

一実施形態では、コマンド及び制御モジュールは、以下の入力及び出力を提供できる。

ＣＭＯＳチップへの入力：

VBIAS:ＥＤＯのための電圧バイアスを設定する。

GET W ORD [...]:ＣＭＯＳからの出力を要求する。

TEST Ml:ピクセルテストを実行する。バイパスモードのＬＤＯは、列、次に行を順にアドレス指定し、１ｍＡ源を用いてＶＦを出力する。

Ｖｆ値はＳＰＩを介して出力する。

TEST M２:ピクセルテストを実行する。バイパスモードのＬＤＯは、列、次に行を順にアドレス指定し、外部電流（Ｉ）源を用いてＶＦを出力する。

Ｖｆ値はＳＰＩを介して出力する。

TEST M３:バイパスモードのＬＤＯは、Ｉ２Ｃを通じてアドレス指定し、内部１ｍＡ源を用いて、Ｉ２Ｃを介してＶｆ出力する。

TEST M４:バイパスモードのＬＤＯは、Ｉ２Ｃを通じてアドレス指定し、外部電流（Ｉ）源を用いて、Ｉ２Ｃを介してＶｆ出力する。

BUFFER SWAP:スタンバイバッファへ／からスワップする。

COLUMN_NUM:特定の行をアドレス指定する。

ROW_NUM:特定の列をアドレス指定する。

ＣＭＯＳチップからの出力：

CW PHIV MIN, CW PHIV AVG, CW PHIV MAX:工場で測定したＥＯＬグローバル光束データ。

CW VLED MIN, C W VLED AVG, CW VLED MAX:工場で測定したＥＯＬグローバル順方向電圧データ。

CW SERIALNO:追跡可能性を目的とするダイ／ＣＭＯＳコンボシリアル番号。

TEMP DIE:ダイ温度の値。

VF:COLEIMN_NUM及びROWNUMによりアドレス指定されたときのＶｆバスの値。

BETFFER STATETS:どのバッファが選択されたかを示す。

マイクロコントローラアセンブリ５００のための種々の較正及びテスト方法がサポートされる。工場での較正中、全部のピクセルのＶｆが測定できる。アクティブ領域の最大、最小、及び平均Ｖｆは、較正フレームとして「焼き付ける（burned）」ことができる。最大Ｖｆ及びｄＶｆ／ｄＴ較正フレームは、実際のＶＬＥＤを動的に決定するために測定されたダイ温度と一緒に使用できる。標準的に、３．０Ｖ～４．５Ｖの間のＶＬＥＤがサポートされ、実際の値は、図３に関して説明されるような外部ＤＣ／ＤＣ変換器へのフィードバックループにより決定される。

図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ、ピクセル制御回路６００の一実施形態、及び関連するタイミング図６１０を示す。ピクセル制御回路６００は、行及び列選択を有するロジック、及びバイパス信号を含む。ＰＷＮ ＯＳＣ入力及びデータは、ロジックからの出力と一緒に、先ず生成器に、次にＰＷＭへと供給される。ＰＷＭは、一方で、特定のピクセルの起動を制御するデューティーサイクルを有する。これは、図６Ｃのピクセル制御回路６３０の以下の説明に関して詳述される。全部のピクセルの工場で較正されたＶｆは、１．０ｍＡで、及び外部電流源及びＬＤＯバイパス機能を用いて１．０ｍＡで、測定できる。

この動作は、回路６００内に示されるように、ＬＥＤピクセルが低ドロップアウト（low dropout (LDO)）線形レギュレータによりサポートされるとき、バイパスできる。バイパス中、Ｖｆは、ＶＬＥＤ上で、内部１ｍＡ電流源又は外部電流源により測定できる。バイパスは、行及び列選択を用いてピクセル毎の動作として行うことができる。
有利なことに、このピクセルバイパス回路は、特定のピクセルが正しく動作しているかどうか、又は任意の障害状況が発生しているかどうかを決定することを可能にする。

図６Ｂに示すように、画像データおよびパルス幅変調発振クロックデータは、パルス幅変調器により受信できる。論理モジュールからの入力に基づき、パルス開始を含むゲートタイミング、点灯時間、及びパルス期間/幅（デューティーサイクル）は、ピクセル毎に設定できる。例えば、デューティーサイクル（ｄ）は、「読み出し（ｒｅａｄ）」で、フレームバッファからロードできる。８ビットのｄ分解能がサポートできる。一実施形態では、パルス前縁位相シフト（ｃｐ）は、ピクセル毎に異なるよう設定できる。

図６Ｃは、バイパス回路をサポートしないピクセル制御回路６３０を示す。ピクセル制御回路６３０は、行及び列選択を有するロジックを含む。ロジックからの出力は、先ず生成器に、次にＰＷＭへと供給される。ＰＷＭは、一方で、以下の方法で追加回路を用いて、特定のピクセルの起動を制御するデューティーサイクルを有する。３個のスイッチＫ１～Ｋ３は、ピクセルの外部の中央制御ブロックから受信した信号により制御される。スイッチＫ３は電流源又はＬＤＯであり、その電流はＶｂｉａｓにより制御される。Ｋ２はＰＷＭスイッチであり、画像データにより決定されるＰＷＭデューティーサイクルに基づきオン及びオフに切り替わる。本例では、Ｋ２及びＫ３は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであるが、それらは、任意の他の適切な形式のスイッチであることも可能である。図６Ｃで、ＰＷＭ信号は、Ｋ２のゲートに接続され、Ｋ２のドレインノードはＫ３のゲートに接続される。従って、ＰＷＭ信号がハイのとき、Ｋ２はオフであり、Ｋ３はオンであり、従って、ＬＥＤはオンであり、電流はＶｂｉａｓ電圧により決定される。ＰＷＭがローのとき、Ｋ２はオンであり、Ｋ３ゲートをハイにプルして、Ｋ３をオフにし、従ってＬＥＤはオフである。

スイッチＫ１は、行選択及び列選択信号に基づき、オン及びオフに切り替えられる。Ｋ１は、特定のピクセルの行及び列が選択されたときにのみオンにされ、その他の場合にはオフのままである。Ｋ１がオンにされると、Ｋ１のインピーダンスはローになり、アノードにおけるＬＥＤ順方向電圧又はそのピクセルのＶａノードは、Ｖｆバスに現れる。Ｖｆバスのインピーダンスが、オフ状態のＫ１のインピーダンスより遙かに高いので、Ｖｆで夏は、Ｖａノード電圧と等しい。回路又はＬＥＤ内で障害状況が発生すると、ＬＥＤ順方向電圧は、公称値から逸脱し得る。従って、Ｖｆ電圧は、ピクセルが正しく動作しているかどうか、又は任意の障害状況が生じているかどうかを決定するために使用でき、図６Ａに関して開示したような特定のピクセルバイパス回路は必要ない。この方法では、リアルタイム又は「オンザフライ」の検出が実現できる。その結果、ピクセル状態が動作中に監視され報告され得る。

Ｖｆバスは全部のピクセルの共有ノードなので、Ｋ１スイッチは、一度に１つのピクセルについてのみオンにできる。障害状況を検出する最良のときは、ピクセルがＰＷＭによりオンにされるときである。望ましくは、アプリケーション画像により定められるＰＷＭ値は、テストのために使用できるが、特定のテスト画像も選択肢であり得る。ピクセルがオフにされるとき、検出は依然として行われてよいが、オンになっている間よりも更に限られたレベルで行われる。

ＰＷＭに関するＫ１スイッチ制御は、柔軟であることができる。検出要件に依存して、Ｋ１周波数は、ＰＷＭ周波数より高く又は低くてよい。明らかに、Ｋ１周波数が高いほど、検出が高速であり、つまり、より多くのピクセルが時間範囲内でテストできる。例えば、ＰＷＭ周波数が５００Ｈｚである場合、５００ＨｚのＫ１周波数では、１つのＰＷＭ周期又は２ｍｓの間に、１個のピクセルだけがテストできる。一方、５０００ＨｚのＫ１周波数では、２ｍｓの間に１０個のピクセルがテストされ得る。更に、２つの周波数は同期又は非同期であってよい。

図６Ｄは、ピクセル制御回路のための例示的な制御方式を示す。この実施形態では、Ｋ１周波数は、ＰＷＭ周波数の近くに設定され、オンが同期される。本例は３個のピクセルだけを示すが、同様の方法でピクセルのマトリクスアレイ全体に拡張できることに留意する。ピクセル毎に、図は、ＰＷＭ信号電圧、Ｖａノード電圧、及びＫ１制御電圧を示す。通常のピクセルでは、Ｖａノード電圧は、ＰＷＭ信号がハイのときハイであり、ＰＷＭ信号がローのときローである。同様に、Ｋ１は、Ｋ１制御電圧がハイのときオンにされ、制御電圧がローのときオフにされる。回路設計に依存して、ＰＷＭ及びＫ１の制御位相は、反対であることができる。つまり、それぞれのスイッチをローでオンにし、ハイでオフにすることができる。

ピクセル１の動作は、以下のように進行する。
ｔ１～ｔ４：ＰＷＭ電圧がハイである。ピクセルはオンにされ、Ｖａノードはハイである。しばらくの間、Ｋ１制御電圧もｔ１でハイであり、ＰＷＭのターンオンと同期される。Ｋ１制御電圧は、ピクセル２及び３についてローのままである。ピクセル１のＫ１はオンにされ、Ｖａノード電圧がＶｆバス上に現れる。従って、このとき、Ｖｆバス電圧は、ピクセル１のＶａ電圧と等しい。Ｋ１のターンオフの瞬間ｔ３は、ＰＷＭのターンオフの瞬間ｔ４よりも早い。その結果、ピクセルテストはピクセルがオフにされる前に完了できる。

ピクセル２の動作は、以下のように進行する。
ｔ２で：ＰＷＭはハイであり、ピクセルはオンにされる。ｔ１とｔ２との間の僅かな遅れ（lagging）は、位相シフトである。この瞬間に、ピクセル１のＫ１はオンのままである。従って、ピクセル２のＫ１制御電圧はローであり、ピクセル２はこのＰＷＭサイクルの間にテストされない。
ｔ５～ｔ７：第２の時間で、再び、ＰＷＭはハイであり、ピクセルはオンにされる。Ｋ１制御電圧は、ｔ５のターンオンの瞬間においてピクセル２と同期され、ｔ６までオンのままである。Ｋ１制御電圧は、他の２個のピクセルについてローのままである。従って、Ｖｆバス電圧は、ピクセル２のＶａノード電圧を反映する。本例では、周期若しくはサイクル時間のうちの導電若しくはオンの時間の割合である、ピクセル２のＰＷＭデューティーサイクルは、ピクセル１のものより大きい。ピクセル２のＶａ電圧は、オンにされるとき、ピクセル１のものより低い。

ピクセル３の動作は、以下のように進行する。
ＰＷＭは全部の時間でローである。ピクセルはオフのままであり、Ｖａノード電圧はローである。
ｔ８～ｔ９：Ｋ１制御電圧はピクセル３についてハイであり、他の２個のピクセルについてローである。従って、このとき、Ｖｆバス電圧は、ピクセル３のローＶａ電圧を表す。Ｖａノード電圧関連は以下の通りである。

図７は、ＬＤＯバイパスをサポートするアクティブマトリクスアレイのブロック図６００を詳細に示す。行及び列選択は、データ線、バイパス線、ＰＷＭＯＳＣ線、Ｖｂｉａｓ線、及びＶｆ線の供給される個々のピクセルをアドレス指定するために使用される。ゲート及びパルス幅変調発振器（pulse width modulator oscillator (PWMOSC)）のタイミング及び起動は、図６Ｂに関して示される。理解されるように、特定の実施形態では、ＬＤＯバイパスは必要なく、ピクセルテストは、図６Ｃ及び６Ｄに関して説明した回路及び／又は制御方式を用いて進行できる。

本発明の多くの変更及び他の実施形態は、前述の説明及び関連する図面において提示された教示の利益を有する当業者により考案されるだろう。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されないこと、及び変更及び実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されることが理解される。本発明の他の実施形態は、ここに具体的に開示されなかった要素／ステップがなくても実施され得ることも理解される。

Claims (20)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）ピクセルアレイのためのＬＥＤ制御部であって、前記ＬＥＤ制御部は、
   前記ＬＥＤピクセルアレイを駆動するよう構成される駆動モジュールと、
   画像データを受信するよう構成される画像フレームバッファと、
   前記画像フレームバッファと及び前記駆動モジュールの両方に接続されたスタンバイ画像バッファであって、前記スタンバイ画像バッファはスタンバイ画像を保持するよう構成される、スタンバイ画像バッファと、
   前記画像フレームバッファ及び前記スタンバイ画像バッファの両方に接続されたコマンド及び制御モジュールであって、前記コマンド及び制御モジュールは、前記画像データが利用可能ではないと決定することに応答して、前記スタンバイ画像バッファ内の前記スタンバイ画像を前記画像フレームバッファへ送信する、コマンド及び制御モジュールと、
   を含む、ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
2. 前記コマンド及び制御モジュールは、前記画像データが、受信した画像データ内のエラーのために利用できないことを決定するよう構成される、請求項１に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
3. 前記コマンド及び制御モジュールは、前記画像データが、前記画像フレームバッファ内の前記画像データを適時に受信することに失敗したために利用できないことを決定するよう構成される、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
4. 前記画像フレームバッファは、前記画像データを車両から受信するよう構成される、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
5. 前記スタンバイ画像バッファに保持されるスタンバイ画像データは、少なくとも部分的に車両により提供される、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
6. 前記スタンバイ画像バッファに保持されるスタンバイ画像データは、少なくとも部分的に前記ＬＥＤ制御部により提供される、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
7. 前記画像フレームバッファは、３０Ｈｚ以上の速度で外部から受信した画像データにより保持された画像をリフレッシュできる、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
8. 前記画像フレームバッファは、６０Ｈｚ以上の速度で外部から受信した画像データにより保持された画像をリフレッシュできる、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
9. 前記画像フレームバッファ内の画像は、外部から受信した画像データにより部分的にリフレッシュできる、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
10. 前記画像フレームバッファ内の画像は、差動リフレッシュできる、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
11. 前記画像フレームバッファ内の画像は、前記コマンド及び制御モジュールにより変更できる、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
12. 前記コマンド及び制御モジュールは、前記スタンバイ画像を前記画像フレームバッファへとスワップするためのバッファスワップコマンドを発行することにより、前記スタンバイ画像バッファ内の前記スタンバイ画像を前記画像フレームバッファへ送信するよう構成される、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
13. 前記コマンド及び制御モジュールは、前記画像フレームバッファ内に格納された画像が閾回数だけ繰り返された後に、前記スタンバイ画像バッファ内の前記スタンバイ画像を前記画像フレームバッファへ送信するよう構成される、請求項１又は２に記載のＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤ制御部。
14. 車両ヘッドランプシステムであって、
    データバスを含む、車両をサポートする電源及び制御システムと、
    接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）ピクセルアレイを備えるＬＥＤ制御部を有するヘッドランプモジュールと、
    前記ＬＥＤピクセルアレイを駆動するよう構成される駆動モジュールと、
    前記ＬＥＤ制御部の中にあり、画像データを受信する画像フレームバッファと、
    前記ＬＥＤ制御部の中にあり、前記画像フレームバッファ及び前記駆動モジュールの両方に接続され、スタンバイ画像を保持するよう構成されるスタンバイ画像バッファと、
    前記ＬＥＤ制御部の中にあり、画像データが利用できないと決定することに応答して、前記スタンバイ画像バッファ内の前記スタンバイ画像を前記画像フレームバッファへ送信するよう構成されるコマンド及び制御モジュールと、
    を含む車両ヘッドランプシステム。
15. 前記コマンド及び制御モジュールは、前記画像データが、受信した画像データ内のエラーのために利用できないことを決定するよう構成される、請求項１４に記載の車両ヘッドランプシステム。
16. 前記コマンド及び制御モジュールは、前記画像データが、前記画像フレームバッファ内の前記画像データを適時に受信することに失敗したために利用できないことを決定するよう構成される、請求項１４又は１５に記載の車両ヘッドランプシステム。
17. 前記画像フレームバッファは、前記画像データを車両から受信するよう構成される、請求項１４～１６の１つ以上に記載の車両ヘッドランプシステム。
18. 前記スタンバイ画像バッファに保持されるスタンバイ画像データは、少なくとも部分的に車両により提供される、請求項１４～１７の１つ以上に記載の車両ヘッドランプシステム。
19. 前記スタンバイ画像バッファに保持されるスタンバイ画像データは、少なくとも部分的に前記ＬＥＤ制御部により提供される、請求項１４～１８の１つ以上に記載の車両ヘッドランプシステム。
20. 前記コマンド及び制御モジュールは、前記スタンバイ画像を前記画像フレームバッファへとスワップするためのバッファスワップコマンドを発行することにより、前記スタンバイ画像バッファ内の前記スタンバイ画像を前記画像フレームバッファへ送信するよう構成される、請求項１４～１９の１つ以上に記載の車両ヘッドランプシステム。
    

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