WO2018015537A1 - Method for activating a light-emitting component when reading a cmos camera sensor and activating unit - Google Patents

Method for activating a light-emitting component when reading a cmos camera sensor and activating unit Download PDF

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WO2018015537A1
WO2018015537A1 PCT/EP2017/068480 EP2017068480W WO2018015537A1 WO 2018015537 A1 WO2018015537 A1 WO 2018015537A1 EP 2017068480 W EP2017068480 W EP 2017068480W WO 2018015537 A1 WO2018015537 A1 WO 2018015537A1
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light
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cmos camera
pulse width
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Désirée QUEREN
Dominik SCHULTEN
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for driving ⁇ ern a light-emitting device when reading a CMOS camera sensor and a drive device for a light-emitting device in combination with a CMOS camera sensor.
  • Light emitting devices in the form of LEDs are used in combination with a CMOS camera sensor as a detector.
  • the LEDs can either be operated with a fixed electric current in continuous operation or with a fixed electric current over a longer pulse.
  • the current level can be changed ver ⁇ it both in continuous operation and the pulse operation to achieve a brightness dimming.
  • light-emitting components are operated in numerous applications in so-called PWM mode (English, pulse width modulation) with pulse-width-modulated drive signals.
  • CMOS camera sensors that use the rolling shutter readout principle, the captured scenes or images are scanned or read in rows or columns.
  • CMOS rolling shutter camera sensor Due to the line-wise or column-wise readout of the CMOS camera sensor operating according to the rolling shutter readout principle (“CMOS rolling shutter camera sensor”), however, in the case of a light modulated by the LEDs according to the PWM mode, different brightnesses can be achieved. Depending on the phase of the modulated illumination by the light-emitting component, either a completely bright line or an a completely dark line or a mixture of both. The resulting detected or read from ⁇ image can therefore have variations in brightness within the image and can thus appear blurry and out of focus on the viewer. In addition, there may be strong over- and underexposure effects on the CMOS camera sensor, which a CMOS driver can hardly compensate.
  • CMOS Global Shutter Camera Sensors There are also CMOS camera sensors that work according to the rolling shutter readout principle according to the Global Shutter-Auslese185 (“CMOS Global Shutter Camera Sensors”), in which all pixels of the CMOS camera sensor are read out simultaneously.
  • the object on which the invention is based is to provide an improved method for driving a light-emitting component during operation of a camera. to provide rasensors and a drive device for a lichtemittie ⁇ ing component in combination with a CMOS camera sensor.
  • the invention provides a method for driving a light-emitting component in a readout of a CMOS camera sensor, comprising the step of: operating the light-emitting component in a PWM mode with a pulse-width-modulated drive signal.
  • the invention provides a Ansteu ⁇ er adopted for a light emitting device in combination ⁇ nation with a CMOS-camera sensor, wherein the driving means is formed, operated in a PWM mode with a pulse ⁇ width modulated drive signal at a reading out of the CMOS camera sensor to become.
  • the light emitting device in the so-called PWM mode ⁇ (English, pulse width modulation) operated with a pulse width modulated drive signal.
  • the frequency of the pulse-width-modulated drive signals is such that a resulting operating behavior of the light-emitting components for a human observer can not be distinguished from a performance of a light-emitting component controlled by a constant drive signal.
  • a brightness of the light-emitting component can be controlled by PWM modulation, whereby a color locus shift, which is conventionally generated by driving the light-emitting component by means of current dimming, can be avoided.
  • Particularly advantageous method of the invention may arranged for example in a mobile phone with a on the back side, are used ⁇ light emitting device used as a flash in mobile terminals.
  • a further advantageous embodiment of the method provides that the frequency of the drive signal of the lichtemittie ⁇ generating device is greater than the sixteen times the frequency ei ⁇ nes line or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor.
  • the frequency of the drive signal of the lichtemittie ⁇ generating device is greater than the sixteen times the frequency ei ⁇ nes line or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor.
  • a further advantageous development of the method provides that the frequency of the drive signal of the light-emitting component is greater than twenty times the frequency of a line-wise or column-wise modulated readout signal of the CMOS camera sensor. In this way, a ⁇ be Sonder good homogeneity of brightness distribution of the image of the camera sensor can be realized without a synchroni- sation is required.
  • Very high frequencies in the driving of the light-emitting component can be achieved in that the electrical capacitances are small. Small electrical capacitances are achieved, in particular, by shorter line lengths between the drive device and the component.
  • the control device can be arranged very close to the component.
  • the drive device can be integrated together with the component in a substrate, in particular in a silicon substrate.
  • the drive signal of a row- or column-wise modulated readout signal of the CMOS camera sensor is synchroni ⁇ Siert.
  • it is advantageously a require- alteration reduce a frequency of the drive signal of lichtemittie ⁇ emitting component. This can be justified by the fact that the light emitting device is switched on each time ⁇ as soon as a read operation of a line or column of the image of the CMOS camera sensor begins. In this way, sufficient brightness of the image of the CMOS camera sensor is realized.
  • a further advantageous development of the method provides that the synchronization of the pulse-width-modulated control signal of the light-emitting component and the Zei ⁇ len- or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor on rising edges of the line or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor is carried out. In this way a simple Syn ⁇ chronization of the two signals and an efficient operation of the light emitting device can be provided.
  • a further advantageous development of the method provides that the synchronization of the pulse-width-modulated control signal of the light-emitting component and the pulse-width-modulated readout signal of the CMOS camera sensor is performed on rising and falling edges of the row-wise or column-wise modulated readout signal of the CMOS camera sensor. In this way, a particularly effi ⁇ cient operation and good control of brightness of the light-emitting device can be provided.
  • a further advantageous development of the method is characterized in that the light-emitting component is a matrix LED with a plurality of light-emitting pixels which are each driven with their own pulse-width-modulated drive signal.
  • a ⁇ the individual pixels are controlled Here, each with its own PWM driving signal to ⁇ advantageous, whereby it is provided for the read-out image information by the camera sensor a high uniformity.
  • the pulse width modulated drive signal of the light ⁇ emitting device is formed with variable electric currents, wherein the current value of the puls shimmerenmodulier ⁇ th driving signal of the light emitting device currency rend of reading an image of the camera sensor is kept constant.
  • the component is additionally controlled in addition to the pulse-width-modulated drive signal A with a DC drive signal C. So that the luminance of the device ⁇ incident light can be changed by increasing the DC control signal C in a simple and fast way, without duty having to change a frequency or an amplitude of the pulse width modulated drive signal A.
  • the DC control signal C is changed depending on a brightness of a surrounding area to be illuminated, in particular at remo ⁇ mender brightness of the environment increases.
  • a simple and rapid readjustment of the brightness of the light can be achieved ⁇ it to allow the recording of images with good quality by the camera sensor regardless of the ambient light.
  • a brightness sensor can be provided which detects the brightness and forwards a value for the ambient brightness to the control device.
  • the pulse width modulated drive signal A and the DC drive signal C changed ⁇ changed to vary the brightness of the emitted light at a constant color point of the emitted light from the device.
  • the illumination of the environment can be kept constant without changing the color location.
  • the pulse width modulated drive signal A and the DC drive signal C are changed in such a way that the lowest possible power consumption and / or the lowest possible heating of the device are obtained.
  • the control device uses, for example, corresponding characteristic curves, maps or calculation methods.
  • the pulse width modulated drive signal and / or the DC drive signal are changed ⁇ changed in order in a changing environment brightness constant brightness of the illuminated by the component environment or the illuminated by the component object with the lowest possible power consumption and / or the least possible heating to get the component.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the method according to the invention for driving a light-emitting component for a CMOS camera sensor according to the rolling-shutter readout principle; a schematic representation of a second embodiment of the method according to the invention for driving a light emitting device for a CMOS camera sensor according to the rolling shutter readout principle; a schematic representation of Hellig ⁇ keitskorrektur using the inventive method in a single LED chip;
  • Figure 4 is a principle illustration of an Hellig ⁇ keitskorrektur by the method according to the invention in a matrix LED chip.
  • FIG. 5 block diagram of a mobile terminal
  • Fig. 6 is a schematic diagram of a
  • Fig. 7 is a diagram for a time course of a combined PWM dimming and current dimming.
  • CMOS rolling shutter camera sensor When using a light-emitting component in the form of LEDs for a read-out of a CMOS camera sensor, which operates on the Rolling-shutter-readout principle ("CMOS rolling shutter camera sensor”), it can because of the line or column-wise reading of the CMOS camera sensor with a modulated illumination by the CMOS rolling shutter camera sensor.
  • LEDs come to different light and dark areas on the detected image.
  • a completely bright line or a completely dark line or a mixture of both can be detected.
  • the resulting detected or read-out image can be as Hel ⁇ ltechniksschwankungen have within the image and can thus appear blurry and out of focus on the viewer. It is therefore proposed a method for driving a light emitting device having a good Schmqua ⁇ formality and an homogeneous illumination of a CMOS Rolling Shutter camera sensor realized in combination with a pulse width modulated operated light-emitting device.
  • FIG. 1 shows in a greatly simplified manner a principal mode of operation of a first embodiment of the method according to the invention for driving a light-emitting component in a row-wise or column-wise readout of a CMOS rolling shutter camera sensor
  • A is the pulse-width-modulated control signal of the LED
  • B denotes the row-wise or column-by-column readout signal of the CMOS rolling shutter camera sensor.
  • the frequency of the line-wise or column-wise readout signal of the CMOS rolling shutter camera sensor is usually in the kHz range. Recognizable in the figure is a readout of three lines of the CMOS rolling shutter camera sensor.
  • the pulse-width-modulated drive signal A for driving the light-emitting component in the form of LEDs has at least one rectangular shape with a maximum current value in the case of a row-wise or column-wise readout signal B of the CMOS rolling shutter camera sensor , wherein the light emitting device in the current flow is being ⁇ on and emits light.
  • a frequency of the pulse width modulated drive signal A of the lichtemittie ⁇ emitting component is a defined multiple of the frequency of the row-wise or column-wise readout signal B of the camera sensor.
  • a of the light emitting device fSENSOR frequency of the row or column have Auslesesig ⁇ Nals B of the CMOS camera sensor, it has been found that in the case that the frequency of the pulse width modulated drive signal A of the rindemittie ⁇ emitting component is sixteen times greater than the frequency of the readout signal B of CMOS Rolling shutter camera sensor, although it may still come to inhomogeneities between individual lines or columns of the camera sensor of about seven percent, a picture quality but can be useful or satisfactory.
  • the frequency of the readout signal specifies the frequency with which a line or a column of the camera sensor is read out.
  • the frequency of the pulse width modulated drive signal A of the light emitting device should be twenty times the frequency of the readout signal of the CMOS rolling shutter camera sensor in order to achieve good homogeneity in the entire image of the camera sensor.
  • FIG. 2 shows a basic mode of operation of a further embodiment of the method according to the invention for driving a light-emitting component in the form of LEDs in the case of a line-wise or column-wise readout of a CMOS rolling shutter camera sensor. It can be seen in this case that the pulse-width modulated drive signal A of the light-emitting component is synchronized with the line-wise or column-wise readout signal B of the CMOS rolling shutter camera sensor at rising edges of the readout signal B of the camera sensor.
  • Ver ⁇ driving provides that the pulse width modulated An Kunststoffsig ⁇ nal A of the light emitting device at rising and accumulating flanks of the readout signal B of CMOS Rolling shutter camera sensor is synchronized.
  • the operation of the light emitting device in a PWM mode with a pulse width modulated drive signal has not only advantages in a CMOS rolling shutter camera sensor but also in a CMOS global shutter camera sensor, a predictable and homogeneous Farbvertei ⁇ ment and good image quality to realize.
  • the predictability of the color locus is particularly important in a matrix LED chip with multiple light-emitting pixels.
  • many individual LED chips are driven separately to selectively illuminate and capture scenes with the CMOS camera sensor.
  • Current dimming of the light-emitting component can lead to color inhomogeneities between the individual pixels during detection with the CMOS camera sensor and thus to color inhomogeneities of the entire image, which are hardly compensable with known processing algorithms.
  • a PWM dimming preferably with a rectangular arrival control signal instead of a current dimming the brightness correction of the current value of the drive signal A of the lichtemit ⁇ animal forming device 100 can always be maintained constant at one of a completeness-ended image of the camera sensor 200 reading.
  • the current-dependent color locus shift can advantageously be avoided, and thus a requirement on the image algorithm, which composes the entire image from the individual lines, can be reduced. This in particular by the fact that no additional color corrections must be made in the image.
  • the proposed PWM dimming of the individual pixels in the matrix enables better color homogeneity within the matrix, which also results in better color homogeneity in the image of a scene.
  • different "color spots" are avoided in the recorded image, which can be corrected only with great effort with the help of Supervisoral- rithm.
  • FIGS. 3 and 4 show brightness correction by means of the PWM mode in a single LED chip and in a matrix LED.
  • the color location (gray level) remains the same for three different pulse width modulated drive signals.
  • the matrix LED chip as shown in FIG. 4, the PWM dimming of the individual elements (pixels) of the matrix results in a uniform color homogeneity (gray level) within the matrix without "color spots”.
  • a development of the method provides that, in addition to the above-described PWM dimming for brightness correction, a current dimming, ie a current-variable operation of the pulse-width-modulated drive signal A of the light-emitting component is undertaken. Due to this combination, the brightness range associated with the flash Illumination of the CMOS camera sensor can be achieved by the light-emitting device can be extended.
  • the brightness range is down in pure current dimming of the light-emitting device, i. limited to low electrical currents out.
  • the electrical currents are too low, electronic artefacts, for example due to tolerances of the drivers, are more pronounced or may not be adjustable under certain circumstances.
  • the proposed method advantageously also low brightnesses of the image of the camera sensor can be read without artifacts of the LED chips, which occur in the conventional exclusive power dimming and the semiconductor owed negative effect on the image.
  • the proposed PWM dimming a mittle ⁇ re temperature of the light emitting device can be further reduced and thus efficiency is increased.
  • the color Tempe ⁇ temperature can be kept stable, that in one period of a cooling phase is contained, which is not the case with conven- tional current dimming.
  • the method for driving a light-emitting component 100 as flash illumination (flash light) in a mobile terminal 300 can be used particularly advantageously.
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of a derarti ⁇ gen mobile terminal 300 with a light-emitting construction element 100, which is driven by a drive device 110 according to the above-mentioned principles. It can be seen further, the CMOS camera sensor 200 of the mobile terminal 300.
  • the driver 110 is preferably as an electrostatic ⁇ African unit formed which realizes the method according to the obi ⁇ gen principles.
  • the control device 110 has, for example, a data memory 600 in which characteristics, maps and / or control methods for controlling the component 100 are stored.
  • the driver 110 together with the device 100 on a common substrate 500 is arranged or integrated in ⁇ the substrate 500th
  • at least one part, in particular the entire drive device 110 can be integrated in the substrate 500 as an integrated circuit.
  • electrical line lengths between the component 100 and the drive device 110 are reduced. Since ⁇ the electrical capacitances are small, so that the on-control circuit 110 can drive the device 100 with a high Fre ⁇ frequency.
  • the substrate may, for example, comprise a semiconductor material, in particular silicon or silicon.
  • Fig. 6 shows in graphical manner the method 400 for driving a light emitting device 100 during egg ⁇ nes read out of the CMOS camera sensor 200.
  • Drive signal C used to drive the light emitting device.
  • FIG. 7 shows a diagram with time profiles of FIG
  • the pulse width modulated drive signal A is shown in the form of a dashed line.
  • DC drive signal C is shown as a dotted line Darge ⁇ .
  • the total drive signal G is shown as a solid line.
  • the PWM drive signal A remains unchanged over time t.
  • the DC drive signal C is increased from the first time tl from a first value Cl to a second value C2.
  • a brightness of the compo ⁇ element can be changed independently of the frequency of the PWM drive signal A and independent of the duty cycle of the PWM drive signal A. This allows increased flexibility in the exposure of an environment or an object and in the recording of an image of the environment or the object with the camera sensor. Furthermore, a more precise control of the brightness of the light of the component can thereby be achieved, even if the control device has a constant frequency. Thus the brightness of the light emitted by the component light can be achieved by increasing the DC control signal C in a simple and fast way ⁇ le, without duty having to change a frequency or an amplitude of the pulse width modulated drive signal A.
  • a basic brightness of the light-emitting component 100 can be changed, in particular increased.
  • the change, in particular ⁇ sondere increasing the basic brightness of the device emit light ⁇ is particularly at night and for a pre ⁇ zie set different light intensities with very small differences in brightness advantage.
  • the DC control signal C can be varied depending on egg ⁇ ner brightness of a surrounding area to be illuminated, in particular with decreasing brightness of the environment increases become.
  • a simple and rapid readjustment of the brightness of the emitted light from the component can be achieved in order to achieve the most uniform possible brightness of an environment or an object.
  • This allows the recording of good quality images by the camera ⁇ sensor regardless of the ambient light.
  • a light sensor 700 may be provided which detects the brightness of the ambient light and forwards a value for the brightness of the ambient light to the drive device 110.
  • the drive device 110 can have a data memory 600 with characteristic curves, tables and / or control methods with which the pulse-width-modulated drive signals A and DC drive signals C to be used for different ambient brightnesses are stored in order to achieve an approximately constant brightness with the light of the To get Bauele ⁇ mentes illuminated environment or the illuminated object.
  • exposures of an object or environment and thereby exposures of the object and the environment with the camera sensor at night or in low light conditions such as exposure to light may occur. Recordings in an interior are enhanced by a PWM dimming and a DC dimming.
  • these advantages can be when shooting a Bil ⁇ of a large brightness range and great detail (High Dynamic Range) by the camera sensor is ⁇ sets.
  • the color locus of the emitted light in a light-emitting diode ie an LED chip as a component accordingly the amplitude current of the PWM drive signal.
  • the color locus adjusts itself at a light ⁇ de depending on the DC drive signal from the amplitude Ström the PWM drive signal A and the duty cycle of the PWM drive signal A.
  • the pulse-width-modulated drive signal A and the DC drive signal C can be changed in order to vari ⁇ at a desired constant color location of the emitted ⁇ th light from the component the brightness of the emitted light.
  • the brightness of the light of the component can be increased at constant color point of the emitted light.
  • the brightness of the illuminated with the light of the component In order ⁇ ssen can be kept constant with a change in ambient brightness, without changing the chromaticity.
  • Light sensor 700 used, which is connected to the drive device 110.
  • the control device 110 can have characteristics, tables and / or control methods via the data memory 600, with which for predetermined color locations of the light emitted by the component for different ambient brightnesses or for different brightnesses of the light of the component to be used pulse width modulated drive signals A and DC -Anêtsignale C are stored in order to obtain a ⁇ approaching constant brightness of the illuminated with the light of Bauelemen- tes environment or different brightnesses of the light of the component without the color location of the light of the component changes.
  • the combined PWM dimming and DC dimming method can be used in order to produce a light with the same component color point with different brightness with the lowest possible power consumption.
  • the drive device 110 can via the data memory 600 via Have characteristic curves, tables and / or control methods with which for predetermined color locations of ⁇ th light emitted by the component for different brightnesses of the sent ⁇ th light to be used for lowest power consumption pulse width modulated drive signals A and DC drive signals C are stored ,
  • a current ⁇ efficient control of the device for light with moving ⁇ chem locus but to achieve different brightness of the light.
  • Dimming method can be used to generate the least possible ge ⁇ ing heating of the device, a light with the device with the same color location and different brightnesses.
  • the driving means 110 may include the data memory 600 via characteristic curves, tables and / or control method, with which for given color locations of the ⁇ element emitted by construction light of different brightness of the light, the pulse width modulated to be used for a lowest heating of the component drive signals A and DC drive signals C are stored.
  • a control of the device with different Brightness, ⁇ th of light but to achieve the same color point of light with mög ⁇ lichst low heat.
  • the invention provides an efficient technical concept ⁇ ULTRASONIC prepared which provides an improved read-out of an illuminated by a light emitting device camera sensor. An imaging quality of images acquired by means of the camera sensor is thereby advantageously increased.

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Abstract

The present invention relates to a method for activating a light-emitting component when reading a CMOS camera sensor and to an activating unit. The invention provides an efficient technical concept that provides improved reading of a CMOS camera sensor illuminated by a light-emitting component, in that the light-emitting component (100) is operated in PWM mode with a pulse-width-modulated activation signal. The pulse-width-modulated activation of the light-emitting component advantageously also makes it possible to avoid a chromaticity point shift of the image of the camera sensor. The imaging quality of images sensed by means of the camera sensor is in this way advantageously increased.

Description

VERFAHREN ZUM ANSTEUERN EINES LICHTEMITTIERENDEN BAUELEMENTS BEIM AUSLESEN EINES CMOS-KAMERASENSORS UND ANSTEUEREINHEIT  METHOD FOR CONTROLLING A LIGHT-EMITTING COMPONENT WHILE READING A CMOS CAMERA SENSOR AND CONTROL UNIT
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteu¬ ern eines lichtemittierenden Bauelements beim Auslesen eines CMOS-Kamerasensors und eine Ansteuereinrichtung für ein lichtemittierendes Bauelement in Kombination mit einem CMOS- Kamerasensor. The present invention relates to a method for driving ¬ ern a light-emitting device when reading a CMOS camera sensor and a drive device for a light-emitting device in combination with a CMOS camera sensor.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 113 443.0, deren Offenbarungsge¬ halt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German patent application DE 10 2016 113 443.0, which is dependent Offenbarungsge ¬ hereby incorporated by reference.
Lichtemittierende Bauelemente in Form von LEDs werden in Kom¬ bination mit einem CMOS-Kamerasensor als Detektor verwendet. Die LEDs können entweder bei einem festen elektrischen Strom im Dauerbetrieb oder über einen längeren Puls mit einem fes- ten elektrischen Strom betrieben werden. Die Stromhöhe kann dabei sowohl beim Dauerbetrieb als auch beim Pulsbetrieb ver¬ ändert werden, um ein Helligkeits-Dimming zu erreichen. Alternativ werden lichtemittierende Bauelemente in zahlreichen Anwendungen im sogenannten PWM-Modus (engl, pulse width modu- lation) mit pulsweitenmodulierten Ansteuersignalen betrieben. Light emitting devices in the form of LEDs are used in combination with a CMOS camera sensor as a detector. The LEDs can either be operated with a fixed electric current in continuous operation or with a fixed electric current over a longer pulse. The current level can be changed ver ¬ it both in continuous operation and the pulse operation to achieve a brightness dimming. Alternatively, light-emitting components are operated in numerous applications in so-called PWM mode (English, pulse width modulation) with pulse-width-modulated drive signals.
Bei CMOS-Kamerasensoren, die nach dem Rolling-Shutter- Ausleseprinzip arbeiten, werden die erfasste Szenen bzw. Bilder zeilen- bzw. spaltenweise abgetastet bzw. ausgelesen. For CMOS camera sensors that use the rolling shutter readout principle, the captured scenes or images are scanned or read in rows or columns.
Durch das zeilen- bzw. spaltenweise Auslesen des nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeitenden CMOS-Kamerasensors („CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensor" ) kann es aber bei einer nach dem PWM-Modus modulierten Beleuchtung durch die LEDs zu unterschiedlichen Hell- und Dunkelbereichen auf dem detek- tierten Bild kommen. So kann in unterschiedlichen Zeilen je nach Phase der modulierten Beleuchtung durch das lichtemittierende Bauelement entweder eine völlig helle Zeile oder ei- ne völlig dunkle Zeile oder eine Mischung aus beiden detek- tiert werden. Das daraus resultierende detektierte bzw. aus¬ gelesene Bild kann deshalb Helligkeitsschwankungen innerhalb des Bildes aufweisen und kann dadurch auf den Betrachter verschwommen bzw. unscharf wirken. Zudem kann es zu starken Über- und Unterbelichtungseffekten auf dem CMOS-Kamerasensor kommen, die ein CMOS-Treiber kaum kompensieren kann. Due to the line-wise or column-wise readout of the CMOS camera sensor operating according to the rolling shutter readout principle ("CMOS rolling shutter camera sensor"), however, in the case of a light modulated by the LEDs according to the PWM mode, different brightnesses can be achieved. Depending on the phase of the modulated illumination by the light-emitting component, either a completely bright line or an a completely dark line or a mixture of both. The resulting detected or read from ¬ image can therefore have variations in brightness within the image and can thus appear blurry and out of focus on the viewer. In addition, there may be strong over- and underexposure effects on the CMOS camera sensor, which a CMOS driver can hardly compensate.
Es existieren auch CMOS-Kamerasensoren, die statt nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip nach dem Global Shutter- Ausleseprinzip („CMOS-Global-Shutter-Kamerasensoren" ) arbeiten, bei denen alle Pixel des CMOS-Kamerasensors gleichzeitig ausgelesen werden. There are also CMOS camera sensors that work according to the rolling shutter readout principle according to the Global Shutter-Ausleseprinzip ("CMOS Global Shutter Camera Sensors"), in which all pixels of the CMOS camera sensor are read out simultaneously.
Bei beiden genannten Ausleseprinzipien (Rolling-Shutter und Global-Shutter) besteht aber bei einer Verwendung eines lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor als Detektor weiter das Problem, dass eine Helligkeitskorrektur, die durch die Stromänderung des lichtemittierenden Bauelements bewirkt wird, auf¬ grund der stromabhängigen Eigenschaften der LEDs und insbesondere deren Konverter gleichzeitig eine Änderung des Far¬ bortes verursachen. In the case of both said read-out principles (rolling shutter and global shutter), however, when using a light-emitting component in the form of LEDs in combination with a CMOS camera sensor as the detector, the further problem is that a brightness correction caused by the current change of the light-emitting component will simultaneously cause ¬ on the basis of the current-dependent characteristics of the LEDs and in particular a change in the converter Far ¬ Bortes.
Wichtig ist die Vorhersagbarkeit des Farbortes insbesondere beim Einsatz von Matrix-LEDs mit mehreren lichtemittierenden Pixeln. Hier werden viele einzelne LED-Chips separat vonei¬ nander angesteuert, um Szenen selektiv auszuleuchten und mit dem CMOS-Kamerasensor aufzunehmen. Ein Strom-Dimming des lichtemittierenden Bauelements kann bei der Detektion mit dem CMOS-Kamerasensor zu Farbinhomogenitäten zwischen den einzelnen Pixeln führen und somit zu Farbinhomogenitäten des gesamten Bildes, die mit bekannten Verarbeitungsalgorithmen schwer kompensierbar sind. What is important is the predictability of the color locus, in particular when using matrix LEDs with a plurality of light-emitting pixels. Here, many individual LED chips are controlled separately vonei ¬ nander to selectively illuminate scenes and record with the CMOS camera sensor. A current dimming of the light-emitting component can lead to color inhomogeneities between the individual pixels in the detection with the CMOS camera sensor and thus to color inhomogeneities of the entire image, which are difficult to compensate with known processing algorithms.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu se- hen, ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern eines 1icht- emittierenden Bauelements während eines Betriebs eines Käme- rasensors und eine Ansteuereinrichtung für ein lichtemittie¬ rendes Bauelement in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor bereitzustellen. The object on which the invention is based is to provide an improved method for driving a light-emitting component during operation of a camera. to provide rasensors and a drive device for a lichtemittie ¬ ing component in combination with a CMOS camera sensor.
Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen. This object is achieved with the objects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements bei einem Auslesen eines CMOS-Kamerasensors , aufweisend den Schritt: Betrieb des lichtemittierenden Bauelements in einem PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal . According to a first aspect, the invention provides a method for driving a light-emitting component in a readout of a CMOS camera sensor, comprising the step of: operating the light-emitting component in a PWM mode with a pulse-width-modulated drive signal.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine Ansteu¬ ereinrichtung für ein lichtemittierendes Bauelement in Kombi¬ nation mit einem CMOS-Kamerasensor, wobei die Ansteuereinrichtung ausgebildet ist, in einem PWM-Modus mit einem puls¬ weitenmodulierten Ansteuersignal bei einem Auslesen des CMOS- Kamerasensors betrieben zu werden. According to a second aspect, the invention provides a Ansteu ¬ ereinrichtung for a light emitting device in combination ¬ nation with a CMOS-camera sensor, wherein the driving means is formed, operated in a PWM mode with a pulse ¬ width modulated drive signal at a reading out of the CMOS camera sensor to become.
Das lichtemittierende Bauelement wird erfindungsgemäß im so¬ genannten PWM-Modus (engl, pulse width modulation) mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal betrieben. Die Frequenz der pulsweitenmodulierten Ansteuersignale ist dabei derart, dass ein daraus resultierendes Betriebsverhalten der licht¬ emittierenden Bauelemente für einen menschlichen Beobachter nicht von einem Betriebsverhalten eines mittels eines konstanten Ansteuersignais angesteuerten lichtemittierenden Bauelements unterscheidbar ist. The light emitting device according to the invention in the so-called PWM mode ¬ (English, pulse width modulation) operated with a pulse width modulated drive signal. The frequency of the pulse-width-modulated drive signals is such that a resulting operating behavior of the light-emitting components for a human observer can not be distinguished from a performance of a light-emitting component controlled by a constant drive signal.
Durch die PWM-Modulation ist eine Temperaturerhöhung der lichtemittierenden Bauelemente aufgrund von Verlustleistung in vorteilhafter Weise deutlich reduziert. Somit sind in ei¬ nem Verbund von mehreren lichtemittierenden Bauelementen keine Sortierungen bezüglich einer Temperaturabhängigkeit und einer Leuchtintensität der einzelnen lichtemittierenden Bauelemente vorzunehmen. Zudem kann durch die genannte PWM-Modulation die Helligkeit des als LED ausgestalteten lichtemittierenden Bauelementes für den Betrachter durch unterschiedliche Frequenzen und un- terschiedliche Tastverhältnisse bei unverändertem Farbort va¬ riiert werden. Bei einer Anpassung der Helligkeit über den elektrischen Betriebsstrom ändert sich der Farbort aufgrund einer Stromabhängigkeit des LED-Chips bzw. des Konvertermate¬ rials. Diese an sich bekannte Farbortverschiebung in Abhän- gigkeit vom elektrischen Betriebsstrom kann durch die genannte PWM-Modulation vermieden werden, da hier der Stromwert konstant gehalten werden kann. Due to the PWM modulation, an increase in temperature of the light-emitting components due to power loss is advantageously reduced significantly. Thus, in egg ¬ nem composite of several light-emitting components no sorting with respect to a temperature dependency and a luminous intensity of the individual light emitting devices are to be made. In addition, the brightness of the LED light-emitting device configured as for the viewer by different frequencies and different duty cycles with an unchanged color point va can be ¬ riiert by said PWM modulation. When the brightness is adjusted via the electrical operating current, the color locus changes due to a current dependence of the LED chip or the converter mate ¬ rials. This per se known color locus shift as a function of the electrical operating current can be avoided by said PWM modulation, since the current value can be kept constant here.
Vorteilhaft können mit dem vorgeschlagenen Verfahren und mit der vorgeschlagenen Ansteuereinrichtung eine Helligkeit des lichtemittierenden Bauelements per PWM-Modulation gesteuert werden, wobei eine Farbortverschiebung, die herkömmlich mit einem Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements mittels Strom-Dimming erzeugt wird, vermieden werden kann. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren in mobilen Endgeräten, z.B. in einem Mobiltelefon mit einem auf der Rückseite angeordneten, als Blitzlicht eingesetzten licht¬ emittierenden Bauelement, verwendet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass bei einem nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeitenden CMOS- Kamerasensor eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais des lichtemittierenden Bauelements wenigstens gleich oder definiert größer als eine Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Advantageously, with the proposed method and with the proposed drive device, a brightness of the light-emitting component can be controlled by PWM modulation, whereby a color locus shift, which is conventionally generated by driving the light-emitting component by means of current dimming, can be avoided. Particularly advantageous method of the invention may arranged for example in a mobile phone with a on the back side, are used ¬ light emitting device used as a flash in mobile terminals. An advantageous development provides that, in a CMOS camera sensor operating according to the rolling shutter readout principle, a frequency of the pulse-width-modulated drive signal of the light-emitting component is at least equal to or greater than a frequency of a line-wise or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor.
Kamerasensors ist. Auf diese Weise ist eine ausreichende Hel¬ ligkeit des Bildes des CMOS-Kamerasensors realisierbar. Camera sensor is. In this way, a sufficient Hel ¬ ligkeit the image of the CMOS camera sensor can be realized.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Frequenz des Ansteuersignais des lichtemittie¬ renden Bauelements größer als die sechzehnfache Frequenz ei¬ nes zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors ist. Auf diese Weise kann bereits eine brauchbare Homogenität einer Helligkeitsverteilung des Bildes des Kamerasensors erreicht werden, ohne dass eine Synchroni¬ sation erforderlich ist. Dieses Verfahren wird dadurch unterstützt, dass bei Vorhandensein eines Konverters eine zusätz- liehe Glättung von Intensitätsschwankungen der gepulsten Lichtstrahlung erreicht wird. A further advantageous embodiment of the method provides that the frequency of the drive signal of the lichtemittie ¬ generating device is greater than the sixteen times the frequency ei ¬ nes line or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor. In this way already one can usable homogeneity of a brightness distribution of the image of the camera sensor can be achieved without a Synchroni ¬ sation is required. This method is supported by the fact that, in the presence of a converter, additional smoothing of intensity fluctuations of the pulsed light radiation is achieved.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Frequenz des Ansteuersignais des lichtemittie- renden Bauelements größer als die zwanzigfache Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors ist. Auf diese Weise lässt sich eine be¬ sonders gute Homogenität einer Helligkeitsverteilung des Bildes des Kamerasensors realisieren, ohne dass eine Synchroni- sation erforderlich ist. Sehr hohe Frequenzen bei der Ansteu- erung des lichtemittierenden Bauelements können dadurch erreicht werden, dass die elektrischen Kapazitäten klein sind. Kleine elektrische Kapazitäten werden insbesondere durch kur¬ ze Leitungslängen zwischen der Ansteuereinrichtung und dem Bauelement erreicht. Dazu kann die Ansteuereinrichtung sehr nah am Bauelement angeordnet sein. Beispielsweise kann die Ansteuereinrichtung zusammen mit dem Bauelement in einem Substrat, insbesondere in einem Siliziumsubstrat integriert sein . A further advantageous development of the method provides that the frequency of the drive signal of the light-emitting component is greater than twenty times the frequency of a line-wise or column-wise modulated readout signal of the CMOS camera sensor. In this way, a ¬ be Sonder good homogeneity of brightness distribution of the image of the camera sensor can be realized without a synchroni- sation is required. Very high frequencies in the driving of the light-emitting component can be achieved in that the electrical capacitances are small. Small electrical capacitances are achieved, in particular, by shorter line lengths between the drive device and the component. For this purpose, the control device can be arranged very close to the component. For example, the drive device can be integrated together with the component in a substrate, in particular in a silicon substrate.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Ansteuersignal eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors synchroni¬ siert ist. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft eine Anfor- derung an eine Frequenz des Ansteuersignais des lichtemittie¬ renden Bauelements reduzieren. Dies lässt sich dadurch begründen, dass das lichtemittierende Bauelement jedes Mal an¬ geschaltet wird, sobald ein Auslesevorgang einer Zeile bzw. Spalte des Bildes des CMOS-Kamerasensors beginnt. Auf diese Weise ist eine ausreichende Helligkeit des Bildes des CMOS- Kamerasensors realisiert. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Synchronisation des pulsweitenmodulierten An- steuersignals des lichtemittierenden Bauelements und des Zei¬ len- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS- Kamerasensors an steigenden Flanken des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors durchgeführt wird. Auf diese Weise können eine einfache Syn¬ chronisation der beiden Signale und ein effizientes Betreiben des lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt werden. Another advantageous development of the method provides that the drive signal of a row- or column-wise modulated readout signal of the CMOS camera sensor is synchroni ¬ Siert. In this way it is advantageously a require- alteration reduce a frequency of the drive signal of lichtemittie ¬ emitting component. This can be justified by the fact that the light emitting device is switched on each time ¬ as soon as a read operation of a line or column of the image of the CMOS camera sensor begins. In this way, sufficient brightness of the image of the CMOS camera sensor is realized. A further advantageous development of the method provides that the synchronization of the pulse-width-modulated control signal of the light-emitting component and the Zei ¬ len- or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor on rising edges of the line or column-modulated readout signal of the CMOS camera sensor is carried out. In this way a simple Syn ¬ chronization of the two signals and an efficient operation of the light emitting device can be provided.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Synchronisation des pulsweitenmodulierten An- steuersignals des lichtemittierenden Bauelements und des pulsweitenmodulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors an steigenden und an fallenden Flanken des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors durchgeführt wird. Auf diese Weise können ein besonders effi¬ zientes Betreiben und eine gute Regelung einer Helligkeit des lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt werden. A further advantageous development of the method provides that the synchronization of the pulse-width-modulated control signal of the light-emitting component and the pulse-width-modulated readout signal of the CMOS camera sensor is performed on rising and falling edges of the row-wise or column-wise modulated readout signal of the CMOS camera sensor. In this way, a particularly effi ¬ cient operation and good control of brightness of the light-emitting device can be provided.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Bauelement eine Matrix-LED mit mehreren lichtemittierenden Pixeln ist, die jeweils mit einem eigenen pulsweitenmodulierten Ansteuer- signal angesteuert werden. Vorteilhaft werden hier die ein¬ zelnen Pixel mit jeweils einem eigenen PWM-Ansteuersignal an¬ gesteuert, wodurch für die vom Kamerasensor ausgelesenen Bildinformationen eine hohe Gleichmäßigkeit bereitgestellt ist. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal des licht¬ emittierenden Bauelements mit variablen elektrischen Strömen ausgebildet ist, wobei der Stromwert des pulsweitenmodulier¬ ten Ansteuersignais des lichtemittierenden Bauelements wäh- rend eines Auslesens eines Bildes des Kamerasensors konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Hellig¬ keitsbereich des lichtemittierenden Bauelements ohne die Gefahr einer Farbortverschiebung geregelt werden. In einer weiteren Ausführung wird das Bauelement zusätzlich zum pulsweitenmodulierten Ansteuersignal A mit einem Gleich- strom-Ansteuersignal C angesteuert. Damit kann auf einfache und schnelle Weise die Helligkeit des vom Bauelement ausge¬ strahlten Lichtes durch eine Erhöhung des Gleichstrom- Ansteuersignals C verändert werden, ohne ein Tastverhältnis, eine Frequenz oder eine Amplitude des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais A ändern zu müssen. A further advantageous development of the method is characterized in that the light-emitting component is a matrix LED with a plurality of light-emitting pixels which are each driven with their own pulse-width-modulated drive signal. A ¬ the individual pixels are controlled Here, each with its own PWM driving signal to ¬ advantageous, whereby it is provided for the read-out image information by the camera sensor a high uniformity. A further advantageous development of the method provides that the pulse width modulated drive signal of the light ¬ emitting device is formed with variable electric currents, wherein the current value of the pulsweitenmodulier ¬ th driving signal of the light emitting device currency rend of reading an image of the camera sensor is kept constant. In this way advantageously a Hellig ¬ keitsbereich the light emitting device without the danger of color locus to be controlled. In a further embodiment, the component is additionally controlled in addition to the pulse-width-modulated drive signal A with a DC drive signal C. So that the luminance of the device ¬ incident light can be changed by increasing the DC control signal C in a simple and fast way, without duty having to change a frequency or an amplitude of the pulse width modulated drive signal A.
In einer weiteren Ausführung wird das Gleichstrom- Ansteuersignal C in Abhängigkeit von einer Helligkeit einer zu beleuchtenden Umgebung verändert, insbesondere bei abneh¬ mender Helligkeit der Umgebung erhöht. Somit kann ein einfa- ches und schnelles Nachregeln der Helligkeit des Lichtes er¬ reicht werden, um die Aufnahme von Bildern mit guter Qualität durch den Kamerasensor unabhängig vom Umgebungslicht zu ermöglichen. Dazu kann ein Helligkeitssensor vorgesehen sein, der die Helligkeit erfasst und einen Wert für die Umgebungs- helligkeit an die Ansteuereinrichtung weiter leitet. In another embodiment, the DC control signal C is changed depending on a brightness of a surrounding area to be illuminated, in particular at remo ¬ mender brightness of the environment increases. Thus, a simple and rapid readjustment of the brightness of the light can be achieved ¬ it to allow the recording of images with good quality by the camera sensor regardless of the ambient light. For this purpose, a brightness sensor can be provided which detects the brightness and forwards a value for the ambient brightness to the control device.
In einer weiteren Ausführung werden das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A und das Gleichstrom-Ansteuersignal C verän¬ dert, um bei einem konstanten Farbort des vom Bauelement aus- gesendeten Lichtes die Helligkeit des ausgesendeten Lichtes zu variieren. Damit kann bei einer Veränderung der Umgebungshelligkeit die Ausleuchtung der Umgebung konstant gehalten werden, ohne den Farbort zu verändern. In einer weiteren Ausführung werden das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A und das Gleichstrom-Ansteuersignal C in der Weise verändert, dass ein möglichst geringer Stromverbrauch und/oder eine möglichst geringe Erwärmung des Bauelementes erhalten werden. Dazu verwendet die Ansteuereinrichtung z.B. entsprechende Kennlinien, Kennfelder oder Berechnungsverfahren . In einer weiteren Ausführung werden das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal und/oder das Gleichstrom-Ansteuersignal verän¬ dert, um bei einer sich ändernden Umgebungshelligkeit eine konstante Helligkeit der vom Bauelement beleuchteten Umgebung bzw. des vom Bauelement beleuchteten Objektes mit möglichst geringem Stromverbrauch und/oder möglichst geringer Erwärmung des Bauelementes zu erhalten. Dadurch kann eine effiziente Ansteuerung des Bauelementes erreicht werden. Technische Funktionalitäten und Vorteile des Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten und Vorteilen einer Ansteuereinrichtung für ein lichtemittierendes Bauelement. In a further embodiment are the pulse width modulated drive signal A and the DC drive signal C changed ¬ changed to vary the brightness of the emitted light at a constant color point of the emitted light from the device. Thus, with a change in the ambient brightness, the illumination of the environment can be kept constant without changing the color location. In a further embodiment, the pulse width modulated drive signal A and the DC drive signal C are changed in such a way that the lowest possible power consumption and / or the lowest possible heating of the device are obtained. For this purpose, the control device uses, for example, corresponding characteristic curves, maps or calculation methods. In another embodiment, the pulse width modulated drive signal and / or the DC drive signal are changed ¬ changed in order in a changing environment brightness constant brightness of the illuminated by the component environment or the illuminated by the component object with the lowest possible power consumption and / or the least possible heating to get the component. As a result, an efficient control of the component can be achieved. Technical functionalities and advantages of the method for driving a light-emitting component result analogously from corresponding technical functionalities and advantages of a drive device for a light-emitting component.
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit mehreren Figuren näher erläutert werden. The described characteristics, features and advantages of this invention as well as the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which will be explained in more detail in connection with several figures.
In den Figuren zeigt: eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements für einen CMOS-Kamerasensor nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip; eine prinzipielle Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements für einen CMOS-Kamerasensor nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip; eine prinzipielle Darstellung einer Hellig¬ keitskorrektur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Einzel-LED-Chip; Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung einer Hellig¬ keitskorrektur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Matrix-LED-Chip; In the figures: shows a schematic representation of a first embodiment of the method according to the invention for driving a light-emitting component for a CMOS camera sensor according to the rolling-shutter readout principle; a schematic representation of a second embodiment of the method according to the invention for driving a light emitting device for a CMOS camera sensor according to the rolling shutter readout principle; a schematic representation of Hellig ¬ keitskorrektur using the inventive method in a single LED chip; Figure 4 is a principle illustration of an Hellig ¬ keitskorrektur by the method according to the invention in a matrix LED chip.
Fig. 5 Blockschaltbild eines mobilen Endgeräts; Fig. 5 block diagram of a mobile terminal;
Fig. 6 eine prinzipielle graphische Darstellung eines Fig. 6 is a schematic diagram of a
Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittie- renden Bauelements beim Auslesen eines CMOS- Method for driving a light-emitting component when reading out a CMOS
Kamerasensors ; und Camera sensors; and
Fig. 7 ein Diagramm für einen zeitlichen Verlauf einer kombinierten PWM-Dimming und Strom- Dimming . Fig. 7 is a diagram for a time course of a combined PWM dimming and current dimming.
Die verwendeten Formulierungen "respektive", "bzw." umfassen insbesondere auch die Formulierung "und/oder". Bei einer Verwendung eines lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs für einen Auslesevorgang eines CMOS- Kamerasensor, der nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip („CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensor" ) arbeitet, kann es wegen des zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesen des CMOS- Kamerasensors bei einer modulierten Beleuchtung durch dieThe used formulations "respectively", "respectively" include in particular the wording "and / or". When using a light-emitting component in the form of LEDs for a read-out of a CMOS camera sensor, which operates on the Rolling-shutter-readout principle ("CMOS rolling shutter camera sensor"), it can because of the line or column-wise reading of the CMOS camera sensor with a modulated illumination by the
LEDs zu unterschiedlichen Hell- und Dunkelbereichen auf dem detektierten Bild kommen. So kann in unterschiedlichen Zeilen je nach Phase der modulierten Beleuchtung durch die LEDs entweder eine völlig helle Zeile oder eine völlig dunkle Zeile oder eine Mischung aus beidem detektiert werden. Das daraus resultierende detektierte bzw. ausgelesene Bild kann so Hel¬ ligkeitsschwankungen innerhalb des Bildes aufweisen und kann dadurch auf den Betrachter verschwommen bzw. unscharf wirken. Es wird daher ein Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements vorgeschlagen, welches eine gute Bildqua¬ lität sowie eine homogene Ausleuchtung eines CMOS-Rolling- Shutter-Kamerasensors in Kombination mit einem pulsweitenmo- duliert betriebenen lichtemittierenden Bauelement realisiert. LEDs come to different light and dark areas on the detected image. Thus, in different lines, depending on the phase of the modulated illumination by the LEDs, either a completely bright line or a completely dark line or a mixture of both can be detected. The resulting detected or read-out image can be as Hel ¬ ligkeitsschwankungen have within the image and can thus appear blurry and out of focus on the viewer. It is therefore proposed a method for driving a light emitting device having a good Bildqua ¬ formality and an homogeneous illumination of a CMOS Rolling Shutter camera sensor realized in combination with a pulse width modulated operated light-emitting device.
Fig. 1 zeigt stark vereinfacht eine prinzipielle Wirkungswei- se einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements bei einem zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesen eines CMOS-Rolling- Shutter-Kamerasensors , wobei A das pulsweitenmodulierte An- steuersignal der LED und B das zeilen- bzw. spaltenweise Aus- lesesignal des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors bezeichnet. Die Frequenz des zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesesignals des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors liegt üblicherweise im kHz-Bereich. Erkennbar ist in der Figur ein Auslesen von drei Zeilen des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors . FIG. 1 shows in a greatly simplified manner a principal mode of operation of a first embodiment of the method according to the invention for driving a light-emitting component in a row-wise or column-wise readout of a CMOS rolling shutter camera sensor, where A is the pulse-width-modulated control signal of the LED and B denotes the row-wise or column-by-column readout signal of the CMOS rolling shutter camera sensor. The frequency of the line-wise or column-wise readout signal of the CMOS rolling shutter camera sensor is usually in the kHz range. Recognizable in the figure is a readout of three lines of the CMOS rolling shutter camera sensor.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist das pulsweitenmodulierte An- steuersignal A zum Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs bei einem zeilen- bzw. spaltenweise Auslesesignal B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors we- nigstens eine Rechteckform mit einem maximalen Stromwert auf, wobei das lichtemittierende Bauelement beim Stromfluß ange¬ schaltet ist und Licht emittiert. Dabei beträgt eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais A des lichtemittie¬ renden Bauelements ein definiertes Vielfaches der Frequenz des zeilenweisen oder spaltenweisen Auslesesignals B des Kamerasensors. Im Ergebnis wird auf diese Weise sichergestellt, dass der CMOS-Kamerasensor während eines Auslesens einer Zei¬ le bzw. einer Spalte Licht vom lichtemittierenden Bauelement detektiert . As shown in FIG. 1, the pulse-width-modulated drive signal A for driving the light-emitting component in the form of LEDs has at least one rectangular shape with a maximum current value in the case of a row-wise or column-wise readout signal B of the CMOS rolling shutter camera sensor , wherein the light emitting device in the current flow is being ¬ on and emits light. In this case, a frequency of the pulse width modulated drive signal A of the lichtemittie ¬ emitting component is a defined multiple of the frequency of the row-wise or column-wise readout signal B of the camera sensor. As a result it is ensured in this manner that the CMOS camera sensor during readout of a Zei ¬ le or a column of light from the light emitting device detected.
Dieses funktionale Prinzip lässt sich mathematisch folgendermaßen ausdrücken: f LED > f SENSOR mit : f LED Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais This functional principle can be expressed mathematically as follows: f LED> f SENSOR with: f LED Frequency of the pulse-width-modulated actuation signal
A des lichtemittierenden Bauelements fSENSOR Frequenz des zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesesig¬ nals B des CMOS-Kamerasensors Es hat sich herausgestellt, dass im Falle, dass die Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittie¬ renden Bauelements sechzehn mal größer ist als die Frequenz des Auslesesignals B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors , es zwar weiterhin zu Inhomogenitäten zwischen einzelnen Zei- len bzw. Spalten des Kamerasensors von ca. sieben Prozent kommen kann, eine Bildqualität aber brauchbar bzw. zufriedenstellend sein kann. Die Frequenz des Auslesesignals legt fest, mit welcher Frequenz eine Zeile oder eine Spalte des Kamerasensors ausgelesen wird. A of the light emitting device fSENSOR frequency of the row or column have Auslesesig ¬ Nals B of the CMOS camera sensor, it has been found that in the case that the frequency of the pulse width modulated drive signal A of the lichtemittie ¬ emitting component is sixteen times greater than the frequency of the readout signal B of CMOS Rolling shutter camera sensor, although it may still come to inhomogeneities between individual lines or columns of the camera sensor of about seven percent, a picture quality but can be useful or satisfactory. The frequency of the readout signal specifies the frequency with which a line or a column of the camera sensor is read out.
Idealerweise sollte die Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements die zwanzigfache Frequenz des Auslesesignals des CMOS-Rolling- Shutter-Kamerasensors sein, um eine gute Homogenität im ge- samten Bild des Kamerasensors zu erzielen. Ideally, the frequency of the pulse width modulated drive signal A of the light emitting device should be twenty times the frequency of the readout signal of the CMOS rolling shutter camera sensor in order to achieve good homogeneity in the entire image of the camera sensor.
Fig. 2 zeigt eine prinzipielle Wirkungsweise eine weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern einer lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs bei einem zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesen eines CMOS-Rolling- Shutter-Kamerasensors . Man erkennt in diesem Fall, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A des lichtemittierenden Bauelements mit dem zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesesignal B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors an steigenden Flan- ken des Auslesesignals B des Kamerasensors synchronisiert ist . 2 shows a basic mode of operation of a further embodiment of the method according to the invention for driving a light-emitting component in the form of LEDs in the case of a line-wise or column-wise readout of a CMOS rolling shutter camera sensor. It can be seen in this case that the pulse-width modulated drive signal A of the light-emitting component is synchronized with the line-wise or column-wise readout signal B of the CMOS rolling shutter camera sensor at rising edges of the readout signal B of the camera sensor.
Auf diese Weise lassen sich Anforderungen an eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittie¬ ren Bauelements verringern, wobei eine Frequenz des Ansteuer- signals A des lichtemittierenden Bauelements wenigstens gleich groß sein muss wie eine Frequenz des Auslesesignals B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors . Dies lässt sich durch folgende mathematische Beziehung aus¬ drücken : fLED — fSENSOR In this way, requirements for a frequency of the pulse-width-modulated drive signal A of the lichtemittie ¬ ren device can be reduced, wherein a frequency of the drive signal A of the light emitting device must be equal at least as a frequency of the readout signal B of CMOS rolling-shutter camera sensor , This can be suppressed by the following mathematical relationship of ¬: fLED - fSENSOR
Eine weitere, nicht in Figuren dargestellte Variante des Ver¬ fahrens sieht vor, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersig¬ nal A des lichtemittierenden Bauelements an steigenden und an anfallenden Flanken des Auslesesignals B des CMOS-Rolling- Shutter-Kamerasensors synchronisiert ist. A further, not shown in figures variant of the Ver ¬ driving provides that the pulse width modulated Ansteuersig ¬ nal A of the light emitting device at rising and accumulating flanks of the readout signal B of CMOS Rolling shutter camera sensor is synchronized.
Der Betrieb des lichtemittierenden Bauelements in einem PWM- Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal hat nicht nur Vorteile bei einem CMOS-Rolling-Shutter- Kamerasensor sondern auch bei einem CMOS-Global-Shutter- Kamerasensor, um eine vorhersagbare und homogene Farbvertei¬ lung und gute Bildqualität zu realisieren. The operation of the light emitting device in a PWM mode with a pulse width modulated drive signal has not only advantages in a CMOS rolling shutter camera sensor but also in a CMOS global shutter camera sensor, a predictable and homogeneous Farbvertei ¬ ment and good image quality to realize.
Bei beiden genannten Technologien (Rolling-Shutter und Glo- bal-Shutter) besteht bisher das Problem, dass die Helligkeitskorrektur, die durch ein Strom-Dimming des lichtemittierenden Bauelements erreicht wird, aufgrund von stromabhängi¬ gen Eigenschaften von LED-Chips, insbesondere blauen LED- Chips und deren Konverter eine Änderung des Farbortes verursachen . In both of these technologies (rolling shutter and globalization bal shutter) is so far the problem that the brightness correction is achieved by a current dimming of the light emitting device due to stromabhängi ¬ gen properties of LED chips, in particular blue LED - Chips and their converters cause a change in the color location.
Die Vorhersagbarkeit des Farbortes ist vor allem bei einem Matrix-LED-Chip mit mehreren lichtemittierenden Pixeln wichtig. Hier werden viele einzelne LED-Chips separat voneinander angesteuert, um Szenen selektiv auszuleuchten und mit dem CMOS-Kamerasensor aufzunehmen. Ein Strom-Dimming des lichtemittierenden Bauelements kann bei der Detektion mit dem CMOS-Kamerasensor zu Farbinhomogenitäten zwischen den einzelnen Pixeln führen und somit zu Farbinhomogenitäten des gesamten Bildes, die mit bekannten Verarbeitungsalgorithmen kaum kompensierbar sind. Durch ein PWM-Dimming vorzugsweise mit einem rechteckigen An- steuersignal statt einem Strom-Dimming zur Helligkeitskorrektur kann der Stromwert des Ansteuersignais A des lichtemit¬ tierenden Bauelements 100 bei einem Auslesen eines vollstän- digen Bildes des Kamerasensors 200 immer konstant gehalten werden. So kann auf vorteilhafte Weise die stromabhängige Farbortverschiebung vermieden und somit eine Anforderung an den Bildalgorithmus, der das gesamte Bild aus den einzelnen Zeilen zusammensetzt, reduziert werden. Dies insbesondere dadurch, dass keine zusätzlichen Farbkorrekturen im Bild vorgenommen werden müssen. The predictability of the color locus is particularly important in a matrix LED chip with multiple light-emitting pixels. Here, many individual LED chips are driven separately to selectively illuminate and capture scenes with the CMOS camera sensor. Current dimming of the light-emitting component can lead to color inhomogeneities between the individual pixels during detection with the CMOS camera sensor and thus to color inhomogeneities of the entire image, which are hardly compensable with known processing algorithms. By a PWM dimming preferably with a rectangular arrival control signal instead of a current dimming the brightness correction of the current value of the drive signal A of the lichtemit ¬ animal forming device 100 can always be maintained constant at one of a completeness-ended image of the camera sensor 200 reading. Thus, the current-dependent color locus shift can advantageously be avoided, and thus a requirement on the image algorithm, which composes the entire image from the individual lines, can be reduced. This in particular by the fact that no additional color corrections must be made in the image.
Bei einer Verwendung eines pixelierten lichtemittierenden Bauelements ermöglicht das vorgeschlagene PWM-Dimming der einzelnen Pixel in der Matrix eine bessere Farbhomogenität innerhalb der Matrix, was auch in der Abbildung einer Szene in einer besseren Farbhomogenität resultiert. Somit werden unterschiedliche „Farbflecken" in dem aufgenommenen Bild vermieden, die nur mit großem Aufwand mit Hilfe des Bildalgo- rithmus korrigiert werden können. When using a pixelated light-emitting device, the proposed PWM dimming of the individual pixels in the matrix enables better color homogeneity within the matrix, which also results in better color homogeneity in the image of a scene. Thus, different "color spots" are avoided in the recorded image, which can be corrected only with great effort with the help of Bildal- rithm.
In Fig. 3 und 4 ist eine Helligkeitskorrektur mit Hilfe des PWM-Modus bei einem Einzel-LED-Chip und bei einer Matrix-LED gezeigt. Wie in Fig.3 darstellt, bleibt bei dem Einzel-LED- Chip der Farbort (Graustufe) bei drei unterschiedlichen puls- weitenmodulierten Ansteuersignalen gleich. Für den Matrix- LED-Chip, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, ergibt sich dem PWM- Dimming der einzelnen Elemente (Pixel) der Matrix eine einheitliche Farbhomogenität (Graustufe) innerhalb der Matrix ohne „Farbflecken". FIGS. 3 and 4 show brightness correction by means of the PWM mode in a single LED chip and in a matrix LED. As illustrated in FIG. 3, in the case of the single LED chip, the color location (gray level) remains the same for three different pulse width modulated drive signals. For the matrix LED chip, as shown in FIG. 4, the PWM dimming of the individual elements (pixels) of the matrix results in a uniform color homogeneity (gray level) within the matrix without "color spots".
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich zum oben beschriebenen PWM-Dimming zur Helligkeitskorrektur ein Strom-Dimming, d.h. ein stromvariabler Betrieb des puls- weitenmodulierten Ansteuersignais A des lichtemittierenden Bauelements vorgenommen wird. Durch diese Kombination kann zusätzlich der Helligkeitsbereich, der mit der Flash- Beleuchtung des CMOS-Kamerasensors durch das lichtemittierenden Bauelements erreicht werden kann, erweitert werden. A development of the method provides that, in addition to the above-described PWM dimming for brightness correction, a current dimming, ie a current-variable operation of the pulse-width-modulated drive signal A of the light-emitting component is undertaken. Due to this combination, the brightness range associated with the flash Illumination of the CMOS camera sensor can be achieved by the light-emitting device can be extended.
Der Helligkeitsbereich ist nämlich beim reinen Strom-Dimming des lichtemittierenden Bauelements nach unten, d.h. zu niedrigen elektrischen Strömen hin begrenzt. Bei zu geringen elektrischen Strömen wirken sich nämlich elektronische Artefakte, zum Beispiel durch Toleranzen der Treiber stärker aus bzw. sind unter Umständen gar nicht einstellbar. Namely, the brightness range is down in pure current dimming of the light-emitting device, i. limited to low electrical currents out. In fact, if the electrical currents are too low, electronic artefacts, for example due to tolerances of the drivers, are more pronounced or may not be adjustable under certain circumstances.
Bei einer Kombination von Strom-Dimming mit PWM-Dimming ist eine feinere Abstufung der Helligkeit des Bildes des Kamera¬ sensors möglich. Somit können Dynamik und Genauigkeit durch Kombination aus PWM-Dimming und Strom-Dimming verbessert wer- den. Durch den größeren Helligkeitsbereich kann eine Aufnah- megenauigkeit des Kamerasensors vorteilhaft optimiert werden. In a combination of current dimming by PWM dimming a finer gradation of the brightness of the image of the camera ¬ sensors is possible. Thus, dynamics and accuracy can be improved by combining PWM dimming and power dimming. Due to the larger brightness range, a recording accuracy of the camera sensor can be advantageously optimized.
Zusätzlich können mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorteilhaft auch niedrige Helligkeiten des Bildes des Kamerasensors ausgelesen werden, ohne dass sich Artefakte der LED-Chips, die beim herkömmlichen ausschließlichen Strom-Dimming auftreten und dem Halbleiter geschuldet sind, negativ auf das Bild auswirken . Durch das vorgeschlagene PWM-Dimming kann ferner eine mittle¬ re Temperatur des lichtemittierenden Bauelements reduziert werden und somit eine Effizienz erhöht werden. Die Farbtempe¬ ratur kann dadurch stabil gehalten werden, dass in einer Periode eine Abkühlphase enthalten ist, was beim konventionel- len Strom-Dimming nicht der Fall ist. In addition, the proposed method advantageously also low brightnesses of the image of the camera sensor can be read without artifacts of the LED chips, which occur in the conventional exclusive power dimming and the semiconductor owed negative effect on the image. The proposed PWM dimming a mittle ¬ re temperature of the light emitting device can be further reduced and thus efficiency is increased. The color Tempe ¬ temperature can be kept stable, that in one period of a cooling phase is contained, which is not the case with conven- tional current dimming.
Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements 100 als Flash- Beleuchtung (Blitzlicht) in einem mobilen Endgerät 300 (z.B. ein Smartphone) einsetzen. The method for driving a light-emitting component 100 as flash illumination (flash light) in a mobile terminal 300 (for example a smartphone) can be used particularly advantageously.
Fig. 5 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines derarti¬ gen mobilen Endgeräts 300 mit einem lichtemittierenden Bau- element 100, das von einer Ansteuereinrichtung 110 nach den oben genannten Prinzipien angesteuert wird. Erkennbar ist ferner der CMOS-Kamerasensor 200 des mobilen Endgeräts 300. Die Ansteuereinrichtung 110 ist vorzugweise als eine elektro¬ nische Einheit ausgebildet, die das Verfahren gemäß den obi¬ gen Prinzipien realisiert. Die Ansteuereinrichtung 110 weist beispielsweise einen Datenspeicher 600 auf, in dem Kennlinien, Kennfelder und/oder Steuerverfahren zur Ansteuerung des Bauelementes 100 abgelegt sind. 5 shows a schematic block diagram of a derarti ¬ gen mobile terminal 300 with a light-emitting construction element 100, which is driven by a drive device 110 according to the above-mentioned principles. It can be seen further, the CMOS camera sensor 200 of the mobile terminal 300. The driver 110 is preferably as an electrostatic ¬ African unit formed which realizes the method according to the obi ¬ gen principles. The control device 110 has, for example, a data memory 600 in which characteristics, maps and / or control methods for controlling the component 100 are stored.
Beispielsweise ist die Ansteuereinrichtung 110 zusammen mit dem Bauelement 100 auf einem gemeinsamen Substrat 500 ange¬ ordnet bzw. in dem Substrat 500 integriert. Dazu kann wenigs- tens ein Teil, insbesondere die gesamte Ansteuereinrichtung 110 als integrierte Schaltung in dem Substrat 500 integriert sein. Dadurch werden elektrische Leitungslängen zwischen dem Bauelement 100 und der Ansteuereinrichtung 110 reduziert. Da¬ mit sind die elektrischen Kapazitäten klein, so dass die An- Steuerschaltung 110 das Bauelement 100 mit einer hohen Fre¬ quenz ansteuern kann. Das Substrat kann beispielsweise aus einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium aufweisen o- der aus Silizium aufweisen. Fig. 6 zeigt in graphischer Weise das Verfahren 400 zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements 100 während ei¬ nes Auslesens des CMOS-Kamerasensors 200. For example, the driver 110 together with the device 100 on a common substrate 500 is arranged or integrated in ¬ the substrate 500th For this purpose, at least one part, in particular the entire drive device 110, can be integrated in the substrate 500 as an integrated circuit. As a result, electrical line lengths between the component 100 and the drive device 110 are reduced. Since ¬ the electrical capacitances are small, so that the on-control circuit 110 can drive the device 100 with a high Fre ¬ frequency. The substrate may, for example, comprise a semiconductor material, in particular silicon or silicon. Fig. 6 shows in graphical manner the method 400 for driving a light emitting device 100 during egg ¬ nes read out of the CMOS camera sensor 200.
Bei einer Kombination von PWM-Dimming und Strom-Dimming wer- den ein PWM-Ansteuersignal A und ein Gleichstrom-In a combination of PWM dimming and current dimming, a PWM drive signal A and a DC drive
Ansteuersignal C zur Ansteuerung des lichtemittierenden Bauelementes verwendet. Drive signal C used to drive the light emitting device.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen der FIG. 7 shows a diagram with time profiles of FIG
Amplituden der Ströme eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignais A und eines Gleichstrom-Ansteuersignals C über die Zeit t. Die Amplituden des PWM-Ansteuersignals A und des Gleichstrom-Ansteuersignals C addieren sich zu einem Gesamt- Ansteuersignal G. Das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A ist in Form einer gestrichelten Linie dargestellt. Das Amplitudes of the currents of a pulse width modulated drive signal A and a DC drive signal C over time t. The amplitudes of the PWM drive signal A and the DC drive signal C add up to a total Drive signal G. The pulse width modulated drive signal A is shown in the form of a dashed line. The
Gleichstrom-Ansteuersignal C ist als gepunktete Linie darge¬ stellt. Das Gesamt-Ansteuersignal G ist als durchgezogene Li- nie dargestellt. DC drive signal C is shown as a dotted line Darge ¬ . The total drive signal G is shown as a solid line.
In dem vorliegenden Beispiel bleibt das PWM-Ansteuersignal A unverändert über die Zeit t. Das Gleichstrom-Ansteuersignal C wird ab dem ersten Zeitpunkt tl von einem ersten Wert Cl auf einen zweiten Wert C2 erhöht. In the present example, the PWM drive signal A remains unchanged over time t. The DC drive signal C is increased from the first time tl from a first value Cl to a second value C2.
Durch die Kombination des PWM-Ansteuersignals A mit dem By combining the PWM drive signal A with the
Gleichstrom-Ansteuersignal kann eine Helligkeit des Bauele¬ ments unabhängig von der Frequenz des PWM-Ansteuersignals A und unabhängig vom Tastverhältnis des PWM-Ansteuersignals A verändert werden. Dadurch wird eine erhöhte Flexibilität bei der Belichtung einer Umgebung bzw. eines Objektes und bei der Aufnahme eines Bildes von der Umgebung bzw. vom Objekt mit dem Kamerasensor ermöglicht. Weiterhin kann dadurch eine prä- zisere Steuerung der Helligkeit des Lichtes des Bauelements erreicht werden auch wenn die Ansteuereinrichtung eine konstante Frequenz aufweist. Damit kann auf einfache und schnel¬ le Weise die Helligkeit des vom Bauelement ausgestrahlten Lichtes durch eine Erhöhung des Gleichstrom-Ansteuersignals C erreicht werden, ohne ein Tastverhältnis, eine Frequenz oder eine Amplitude des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais A ändern zu müssen. DC drive signal, a brightness of the compo ¬ element can be changed independently of the frequency of the PWM drive signal A and independent of the duty cycle of the PWM drive signal A. This allows increased flexibility in the exposure of an environment or an object and in the recording of an image of the environment or the object with the camera sensor. Furthermore, a more precise control of the brightness of the light of the component can thereby be achieved, even if the control device has a constant frequency. Thus the brightness of the light emitted by the component light can be achieved by increasing the DC control signal C in a simple and fast way ¬ le, without duty having to change a frequency or an amplitude of the pulse width modulated drive signal A.
Durch eine Veränderung des Gleichstrom-Ansteuersignals C kann eine Grundhelligkeit des lichtemittierenden Bauelements 100 verändert, insbesondere erhöht werden. Die Änderung, insbe¬ sondere die Erhöhung der Grundhelligkeit des lichtemittieren¬ den Bauelements ist insbesondere bei Nacht und für eine prä¬ zise Einstellung von verschiedenen Lichtstärken mit sehr kleinen Helligkeitsunterschieden von Vorteil. Beispielsweise kann das Gleichstrom-Ansteuersignal C in Abhängigkeit von ei¬ ner Helligkeit einer zu beleuchtenden Umgebung verändert, insbesondere bei abnehmender Helligkeit der Umgebung erhöht werden. Somit kann ein einfaches und schnelles Nachregeln der Helligkeit des vom Bauelement ausgesendeten Lichtes erreicht werden, um eine möglichst gleichbleibende Helligkeit einer Umgebung oder eines Objektes zu erreichen. Dadurch kann die Aufnahme von Bildern mit guter Qualität durch den Kamera¬ sensor unabhängig vom Umgebungslicht ermöglicht werden. Es kann z.B. ein Lichtsensor 700 vorgesehen sein, der die Helligkeit des Umgebungslichtes erfasst und einen Wert für die Helligkeit des Umgebungslichtes an die Ansteuereinrichtung 110 weiter leitet. By changing the DC drive signal C, a basic brightness of the light-emitting component 100 can be changed, in particular increased. The change, in particular ¬ sondere increasing the basic brightness of the device emit light ¬ is particularly at night and for a pre ¬ zise set different light intensities with very small differences in brightness advantage. For example, the DC control signal C can be varied depending on egg ¬ ner brightness of a surrounding area to be illuminated, in particular with decreasing brightness of the environment increases become. Thus, a simple and rapid readjustment of the brightness of the emitted light from the component can be achieved in order to achieve the most uniform possible brightness of an environment or an object. This allows the recording of good quality images by the camera ¬ sensor regardless of the ambient light. For example, a light sensor 700 may be provided which detects the brightness of the ambient light and forwards a value for the brightness of the ambient light to the drive device 110.
Weiterhin kann die Ansteuereinrichtung 110 über einen Datenspeicher 600 mit Kennlinien, Tabellen und/oder Steuerverfahren verfügen, mit denen für verschiedene Umgebungshelligkei- ten die zu verwendenden pulsweitenmodulierten Ansteuersignale A und Gleichstrom-Ansteuersignale C abgelegt sind, um eine annähernd konstante Helligkeit der mit dem Licht des Bauele¬ mentes beleuchteten Umgebung bzw. des beleuchteten Objektes zu erhalten. Furthermore, the drive device 110 can have a data memory 600 with characteristic curves, tables and / or control methods with which the pulse-width-modulated drive signals A and DC drive signals C to be used for different ambient brightnesses are stored in order to achieve an approximately constant brightness with the light of the To get Bauele ¬ mentes illuminated environment or the illuminated object.
Beispielsweise können Belichtungen eines Objektes oder einer Umgebung und dadurch Aufnahmen des Objektes und der Umgebung mit dem Kamerasensor bei Nacht oder bei ungünstigen Lichtverhältnissen wie z.B. Aufnahmen in einem Innenraum durch ein PWM-Dimming und ein Gleichstrom-Dimming verbessert werden.For example, exposures of an object or environment and thereby exposures of the object and the environment with the camera sensor at night or in low light conditions such as exposure to light may occur. Recordings in an interior are enhanced by a PWM dimming and a DC dimming.
Beispielsweise können diese Vorteile bei Aufnahmen eines Bil¬ des mit einem großen Helligkeitsumfang und großer Detailgenauigkeit (High-Dynamic-Range) durch den Kamerasensors einge¬ setzt werden. For example, these advantages can be when shooting a Bil ¬ of a large brightness range and great detail (High Dynamic Range) by the camera sensor is ¬ sets.
Zudem kann mithilfe der Kombination des PWM-Ansteuersignals A und des Gleichstrom-Ansteuersignals C eine gewünschte Varia¬ tion des Farbortes erreicht werden. Dadurch ist eine erhöhte Flexibilität bei der Beleuchtung und bei der Aufnahme von Aufnahmen mithilfe eines Kamerasensors möglich. Bei einer An- steuerung des Bauelements nur mit dem PWM-Ansteuersignal A stellt sich der Farbort des ausgesendeten Lichtes bei einer Leuchtdiode, d.h. einem LED-Chip als Bauelement entsprechend dem Amplitudenstrom des PWM-Ansteuersignals ein. Bei einer Kombination von PWM-Ansteuersignal A und Gleichstrom- Ansteuersignal C stellt sich der Farbort bei einer Leuchtdio¬ de abhängig vom Gleichstrom-Ansteuersignal , vom Amplituden- ström des PWM-Ansteuersignals A und vom Tastverhältnis des PWM-Ansteuersignals A ein. Furthermore, using the combination of the PWM driving signal A and the DC control signal C a desired Varia ¬ tion of the color point can be achieved. This allows for increased flexibility in lighting and recording with a camera sensor. In a control of the component only with the PWM drive signal A, the color locus of the emitted light in a light-emitting diode, ie an LED chip as a component accordingly the amplitude current of the PWM drive signal. In a combination of PWM drive signal A and DC drive signal C, the color locus adjusts itself at a light ¬ de depending on the DC drive signal from the amplitude Ström the PWM drive signal A and the duty cycle of the PWM drive signal A.
Somit kann das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A und das Gleichstrom-Ansteuersignal C verändert werden, um bei einem gewünschten konstanten Farbort des vom Bauelement ausgesende¬ ten Lichtes die Helligkeit des ausgesendeten Lichtes zu vari¬ ieren. Insbesondere kann bei zunehmender Dunkelheit des Umge¬ bungslichtes die Helligkeit des Lichtes des Bauelementes bei konstantem Farbort des ausgesendeten Lichtes erhöht werden. Damit kann bei einer Veränderung der Umgebungshelligkeit die Helligkeit der mit dem Licht des Bauelementes belichteten Um¬ gebung konstant gehalten werden, ohne den Farbort zu verändern. Zur Erfassung der Umgebungshelligkeit kann der Thus, the pulse-width-modulated drive signal A and the DC drive signal C can be changed in order to vari ¬ at a desired constant color location of the emitted ¬ th light from the component the brightness of the emitted light. In particular, with increasing darkness of the environment Conversely ¬ bright, the brightness of the light of the component can be increased at constant color point of the emitted light. Thus, the brightness of the illuminated with the light of the component In order ¬ gebung can be kept constant with a change in ambient brightness, without changing the chromaticity. To detect the ambient brightness of the
Lichtsensor 700 verwendet, der mit der Ansteuereinrichtung 110 verbunden ist. Light sensor 700 used, which is connected to the drive device 110.
Die Ansteuereinrichtung 110 kann über den Datenspeicher 600 über Kennlinien, Tabellen und/oder Steuerverfahren verfügen, mit denen für vorgegebene Farborte des vom Bauelement ausge- sendeten Lichtes für verschiedene Umgebungshelligkeiten bzw. für verschiedene Helligkeiten des Lichtes des Bauelementes die zu verwendenden pulsweitenmodulierten Ansteuersignale A und Gleichstrom-Ansteuersignale C abgelegt sind, um eine an¬ nähernd konstante Helligkeit der mit dem Licht des Bauelemen- tes beleuchteten Umgebung oder unterschiedliche Helligkeiten des Lichtes des Bauelementes zu erhalten, ohne dass sich der Farbort des Lichtes des Bauelementes ändert. The control device 110 can have characteristics, tables and / or control methods via the data memory 600, with which for predetermined color locations of the light emitted by the component for different ambient brightnesses or for different brightnesses of the light of the component to be used pulse width modulated drive signals A and DC -Ansteuersignale C are stored in order to obtain a ¬ approaching constant brightness of the illuminated with the light of Bauelemen- tes environment or different brightnesses of the light of the component without the color location of the light of the component changes.
Zudem kann das kombinierte PWM-Dimming und Gleichstrom- Dimming Verfahren eingesetzt werden, um mit möglichst geringem Stromverbrauch ein Licht mit dem Bauelement mit gleichen Farbort mit unterschiedlicher Helligkeit zu erzeugen. Die Ansteuereinrichtung 110 kann über den Datenspeicher 600 über Kennlinien, Tabellen und/oder Steuerverfahren verfügen, mit denen für vorgegebene Farborte des vom Bauelement ausgesende¬ ten Lichtes für unterschiedliche Helligkeiten des ausgesende¬ ten Lichtes die für einen geringsten Stromverbrauch zu ver- wendenden pulsweitenmodulierten Ansteuersignale A und Gleich- strom-Ansteuersignale C abgelegt sind. Somit kann eine strom¬ effiziente Ansteuerung des Bauelementes für Licht mit glei¬ chem Farbort aber unterschiedlichen Helligkeiten des Lichtes erreicht werden. In addition, the combined PWM dimming and DC dimming method can be used in order to produce a light with the same component color point with different brightness with the lowest possible power consumption. The drive device 110 can via the data memory 600 via Have characteristic curves, tables and / or control methods with which for predetermined color locations of ¬ th light emitted by the component for different brightnesses of the sent ¬ th light to be used for lowest power consumption pulse width modulated drive signals A and DC drive signals C are stored , Thus, a current ¬ efficient control of the device for light with moving ¬ chem locus but to achieve different brightness of the light.
Zudem kann das kombinierte PWM-Dimming und Gleichstrom-In addition, the combined PWM dimming and DC
Dimming Verfahren eingesetzt werden, um mit möglichst ge¬ ringer Erwärmung des Bauelements ein Licht mit dem Bauelement mit gleichen Farbort und unterschiedlichen Helligkeiten zu erzeugen. Die Ansteuereinrichtung 110 kann über den Daten- Speicher 600 über Kennlinien, Tabellen und/oder Steuerverfahren verfügen, mit denen für vorgegebene Farborte des vom Bau¬ element ausgesendeten Lichtes für verschiedene Helligkeiten des Lichtes die für eine geringste Erwärmung des Bauelementes zu verwendenden pulsweitenmodulierten Ansteuersignale A und Gleichstrom-Ansteuersignale C abgelegt sind. Somit kann eine Ansteuerung des Bauelementes mit unterschiedlichen Helligkei¬ ten des Lichtes aber gleichem Farbort des Lichtes mit mög¬ lichst geringer Erwärmung erreicht werden. Zusammenfassend stellt die Erfindung ein effizientes techni¬ sches Konzept bereit, welches ein verbessertes Auslesen eines von einem lichtemittierenden Bauelement beleuchteten Kamerasensors bereitstellt. Eine Abbildungsqualität von mittels des Kamerasensors erfassten Bildern ist dadurch vorteilhaft er- höht. Dimming method can be used to generate the least possible ge ¬ ing heating of the device, a light with the device with the same color location and different brightnesses. The driving means 110 may include the data memory 600 via characteristic curves, tables and / or control method, with which for given color locations of the ¬ element emitted by construction light of different brightness of the light, the pulse width modulated to be used for a lowest heating of the component drive signals A and DC drive signals C are stored. Thus, a control of the device with different Brightness, ¬ th of light but to achieve the same color point of light with mög ¬ lichst low heat. In summary, the invention provides an efficient technical concept ¬ ULTRASONIC prepared which provides an improved read-out of an illuminated by a light emitting device camera sensor. An imaging quality of images acquired by means of the camera sensor is thereby advantageously increased.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . BEZUGSZEICHENLISTE Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 lichtemittierendes Bauelement 100 light-emitting component
110 Ansteuereinrichtung  110 drive device
200 Kamerasensor  200 camera sensor
300 mobiles Endgerät  300 mobile terminal
400 Verfahrensschritt  400 process step
500 Substrat  500 substrate
600 Datenspeicher  600 data storage
700 Lichtsensor  700 light sensor
A Ansteuersignal lichtemittierendes Bauelement A drive signal light emitting device
B Auslesesignal Kamerasensor B Readout signal Camera sensor
C Gleichstrom-Ansteuersignal  C DC drive signal
G Gesamt-Ansteuersignal  G total drive signal

Claims

PATENTA S PRÜCHE PATENTA'S TEST
1. Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements (100) bei einem Auslesen eines CMOS-Kamerasensors (200), aufweisend den Schritt: A method of driving a light emitting device (100) in a readout of a CMOS camera sensor (200), comprising the step of:
Betrieb des lichtemittierenden Bauelements (100) im PWM- Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal (A) .  Operation of the light emitting device (100) in PWM mode with a pulse width modulated drive signal (A).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der CMOS-Kamerasensor 2. The method of claim 1, wherein the CMOS camera sensor
(200) ein nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeitender CMOS-Kamerasensor ist, und wobei eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (A) des lichtemit¬ tierenden Bauelements (100) wenigstens gleich oder defi¬ niert größer als eine Frequenz eines zeilen- oder spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des Kamerasensors(200) is a working according to the rolling shutter readout CMOS camera sensor, and wherein a frequency of the pulse width modulated drive signal (A) of lichtemit ¬ tierenden component (100) at least equal or defi ¬ ned greater than a frequency of a line or column by column modulated readout signal (B) of the camera sensor
(200) ist. (200) is.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (A) des lichtemittie¬ renden Bauelements (100) größer als die sechzehnfache Frequenz des zeilen- oder spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) ist. 3. The method of claim 2, wherein the frequency of the pulse width modulated drive signal (A) of the lichtemittie ¬ generating device (100) is greater than the sixteen times the frequency of the line or column-modulated readout signal (B) of the CMOS camera sensor (200).
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Frequenz des Ansteuersignais (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) größer als die zwanzigfache Frequenz des zeilen- oder spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS- Kamerasensors (200) ist. 4. The method of claim 2, wherein the frequency of the drive signal (A) of the light emitting device (100) is greater than twenty times the frequency of the line or column-modulated readout signal (B) of the CMOS camera sensor (200).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das 5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the
pulsweitenmodulierte Ansteuersignal (A) des lichtemittie¬ renden Bauelements (100) und ein zeilen- oder, spaltenweise moduliertes Auslesesignal (B) des CMOS- Kamerasensors (200) synchronisiert sind. Pulse width modulated drive signal (A) of the lichtemittie ¬ generating device (100) and a line or column-modulated readout signal (B) of the CMOS camera sensor (200) are synchronized.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Synchronisation des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (A) des lichtemit¬ tierenden Bauelements (100) und des zeilen- oder spalten- weise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamera- sensors (200) an steigenden Flanken des zeilen- oder spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS- Kamerasensors (200) durchgeführt wird. 6. The method of claim 5, wherein the synchronization of the pulse width modulated drive signal (A) of the light emitting ¬ tierenden device (100) and the row or column is modulated read-out signal (B) of the CMOS camera sensor (200) on rising edges of the line or column-modulated readout signal (B) of the CMOS camera sensor (200) is performed.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Synchronisation des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (A) des lichtemit¬ tierenden Bauelements (100) und des pulsweitenmodulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) an stei¬ genden und an fallenden Flanken des zeilen- oder spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS- Kamerasensors (200) durchgeführt wird. The method of claim 5, wherein the synchronization of the pulse width modulated drive signal (A) of lichtemit ¬ tierenden component (100) and the pulse width modulated readout signal (B) of the CMOS camera sensor (200) modulated on stei ¬ ing and falling edges of the line or column Readout signal (B) of the CMOS camera sensor (200) is performed.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als lichtemittierendes Bauelement (100) ein einzelner LED-Chip angesteuert wird. Method according to one of the preceding claims, wherein a single LED chip is driven as the light-emitting component (100).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das lichtemittierende Bauelement (100) eine Matrix-LED mit mehreren lichtemittierenden Pixeln, die jeweils mit einem eigenen pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert werden . Method according to one of claims 1 to 7, wherein the light-emitting component (100) is a matrix LED having a plurality of light-emitting pixels, which are each driven with its own pulse width modulated drive signal.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromwert des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) während ei¬ nes Auslesens eines vollständigen Bildes des CMOS- Kamerasensors (200) konstant gehalten wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the current value of the pulse width modulated drive signal (A) of the light emitting device (100) is kept constant during ei ¬ nes reading a complete image of the CMOS camera sensor (200).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (100) zusätzlich zum pulsweitenmodulierten Ansteuersignal (A) mit einem Gleichstrom-Ansteuersignal (C) angesteuert wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the component (100) in addition to the pulse width modulated drive signal (A) with a DC drive signal (C) is driven.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Gleichstrom- Ansteuersignal (C) in Abhängigkeit von einer Helligkeit einer zu beleuchtenden Umgebung verändert wird, insbesondere bei abnehmender Helligkeit der Umgebung erhöht wird. The method of claim 11, wherein the DC drive signal (C) is changed in response to a brightness of an environment to be illuminated, in particular is increased with decreasing brightness of the environment.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal (A) und das Gleich- strom-Ansteuersignal (C) verändert werden, um bei einem konstanten Farbort des vom Bauelement (100) ausgesendeten13. The method according to any one of claims 11 or 12, wherein the pulse width modulated drive signal (A) and the DC drive signal (C) are changed to at a constant color location of the component (100) emitted
Lichtes die Helligkeit des vom Bauelement (100) ausgesen¬ deten Lichtes zu variieren. Light to vary the brightness of the light emitted by the device (100) ¬ Deten light.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das pulsweitenmodulier- te Ansteuersignal (A) und das Gleichstrom-Ansteuersignal14. The method of claim 13, wherein the pulse width modulated te drive signal (A) and the DC drive signal
(C) in der Weise verändert werden, dass ein möglichst ge¬ ringer Stromverbrauch und/oder eine möglichst geringe Erwärmung des Bauelementes (100) erhalten werden. (C) can be changed in such a manner that a ge possible ¬ ringer power consumption and / or the lowest possible heating of the components (100) are obtained.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal (A) und das Gleich¬ strom-Ansteuersignal (C) verändert werden, um bei einer sich ändernden Umgebungshelligkeit die Helligkeit des vom Bauelement (100) ausgesendeten Lichtes zu verändern, um eine konstante Helligkeit der vom Bauelement (100) be¬ leuchteten Umgebung bzw. des Objektes mit möglichst ge¬ ringem Stromverbrauch und/oder mit einer möglichst geringen Erwärmung des Bauelementes (100) zu erreichen. 15. The method according to any one of claims 11 to 14, wherein the pulse width modulated drive signal (A) and the DC ¬ current drive signal (C) are changed to change the brightness of the emitted light from the device (100) at a changing ambient brightness, to maintain a constant brightness of the device (100) to achieve be ¬ light environment or the object with ge possible ¬ ringem power consumption and / or with a minimal heating of the components (100).
16. Ansteuereinrichtung (110) für ein lichtemittierendes Bau¬ element (100) in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor (200), wobei die Ansteuereinrichtung ausgebildet ist, in einem PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal bei einem Auslesen des CMOS-Kamerasensors (200) betrieben zu werden. 16. Drive device (110) for a light-emitting component ¬ (100) in combination with a CMOS camera sensor (200), wherein the drive means is formed in a PWM mode with a pulse width modulated drive signal at a readout of the CMOS camera sensor (200 ) to be operated.
17. Ansteuereinrichtung (110) nach Anspruch 16, wobei der 17. Drive device (110) according to claim 16, wherein the
CMOS-Kamerasensors (200) ein nach dem Rolling-Shutter- Ausleseprinzip arbeitender CMOS-Kamerasensor (200) ist, und wobei eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) wenigstens gleich oder definiert größer als eine Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesig¬ nals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) ist. CMOS camera sensor (200) is a CMOS camera sensor (200) operating on the rolling shutter readout principle, and wherein a frequency of the pulse width modulated drive signal (A) of the light emitting device (100) is at least equal to or greater than a frequency a line-or column-wise modulated Auslesesig ¬ nals (B) of the CMOS camera sensor (200).
Ansteuereinrichtung (110) nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Stromwert des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) während ei¬ nes Auslesens eines vollständigen Bildes des CMOS- Kamerasensors (200) konstant gehalten ist. Drive device (110) according to claim 16 or 17, wherein the current value of the pulse width modulated drive signal (A) of the light emitting device (100) during ei ¬ nes reading a complete image of the CMOS camera sensor (200) is kept constant.
Mobiles Endgerät (300) mit einem CMOS-Kamerasensor (200), mit einem lichtemittierenden Bauelement (100) und einer Ansteuereinrichtung (110) nach einem der Ansprüche 16 bis 18. Mobile terminal (300) with a CMOS camera sensor (200), with a light-emitting component (100) and a drive device (110) according to one of Claims 16 to 18.
Mobiles Endgerät (300) nach Anspruch 19, wobei das licht¬ emittierende Bauelement (100) ein einzelner LED-Chip oder eine Matrix-LED mit mehreren lichtemittierenden Pixeln, die jeweils mit einem eigenen pulsweitenmodulierten An- steuersignal angesteuert werden, ist. The mobile terminal (300) according to claim 19, wherein the light ¬ emitting device (100) is a single LED chip or a matrix-LED having a plurality of light emitting pixels which are driven control signal each with its own pulse width modulated arrival.
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