WO2022175028A1 - Verfahren zum betreiben eines hochauflösenden projektionsscheinwerfers und projektionsscheinwerfersystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines hochauflösenden projektionsscheinwerfers und projektionsscheinwerfersystem für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a high-resolution projection headlight and a projection headlight system for a motor vehicle and a computer program and a computer program product therefor.
  • High-resolution projection systems with separately controllable and actively illuminating pixel light sources represent the next step in the field of advanced lighting systems in automotive technology.
  • pixel-based illuminating elements are able to display symbols, geometries and sharp as well as to project well accentuated light distribution patterns in the environment of a motor vehicle.
  • HDSSL high definition solid state light source
  • Actively illuminated pixels are provided with the light-emitting diodes arranged in rows and columns, each of which can have an area of the order of magnitude of, for example, 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m.
  • the object of the invention is to provide an alternative method and an alternative device with which thermal defects in such HDSL chips can be avoided without the brightness contrast between a projection and an environment being impaired.
  • the object is achieved by a method for operating a high-resolution projection headlight for a motor vehicle.
  • the high-resolution projection headlight includes an active LED pixel matrix light source, which has an LED matrix monolithically integrated on a semiconductor chip with a large number of light-emitting diode-based pixels and a driver circuit for separately controlling each individual pixel within the LED matrix.
  • an up-to-date digital image of a sequence of images from graphics data is continuously rasterized with at least one graphics object and made available for image reproduction with the projection headlight.
  • a value for a thermal load on the LED pixel matrix light source is continuously determined, so that when rasterizing a current digital image, the surface areas of graphic objects to be projected are at least partially masked and modulated if the value for the thermal load exceeds a limit.
  • One insight behind the method according to the invention is that a large number of simultaneously activated pixels within a contiguous area on an HDSLP chip area causes a high local temperature input.
  • One idea is therefore to reduce the thermal power losses primarily in these areas on the chip of the LED matrix.
  • lines of the current digital image of the graphic objects to be projected can be rasterized with a predetermined line width.
  • Another idea is that the pixels activated on the chip surface for the projection of corresponding lines cause a lower power loss per chip surface than the surface areas. Especially with fine lines with a width of few pixels, there is no need to limit power or power loss for thermal protection.
  • a point mask can be provided as masking, so that when the surface areas of the graphic objects to be projected are rasterized, one pixel is hidden from each two neighboring pixels of the current digital image and one pixel each corresponds to the respective graphic data of the graphic objects to be projected is rasterized.
  • the masking can essentially be understood as a data set that is stored in the graphics controller and with which the graphics data for the surface areas of the graphics objects are modulated when a current digital image is rasterized. According to the further education is provided to deactivate every second pixel within a rastered area to halve the thermal power loss density in the LED matrix during image playback in the corresponding areas on the chip of the LED matrix.
  • the dot mask thus provides a chessboard-like masking pattern in which every second pixel is masked out in rows and columns and deactivated during image reproduction.
  • a chessboard-like masking pattern ensures a homogeneous temperature input in relation to the illuminated surface areas of the LED matrix.
  • the second masking pattern can be used to provide an inverse masking to the first masking pattern.
  • the temperature input is distributed even more evenly in relation to the chip surface of the LED matrix.
  • the object is achieved by a projection headlight system for a motor vehicle with a graphics controller and at least one high-resolution projection headlight.
  • the high-resolution projection headlight has an active LED pixel matrix light source, one on a semiconductor chip monolithically integrated LED matrix with a large number of light-emitting diode-based pixels and a driver circuit for separately controlling each individual pixel within the LED matrix.
  • the graphics controller has a computing unit and a storage device, with graphics data for at least one graphic object to be projected and at least one masking data set being stored in the storage device.
  • the arithmetic unit is designed to modulate the graphic data with the masking data record in such a way that when rasterizing a current digital image for projection with the high-resolution projection headlight, at least partial masking takes place in surface areas of the graphic objects to be projected.
  • the graphics controller can also be set up to determine a thermal load on the LED pixel matrix light source.
  • the graphic data can thus be modulated and the surface areas can be masked at least partially depending on the thermal load on the LED pixel matrix light source.
  • the object is achieved by a computer program which, when it is run on a computing unit within a graphics controller, instructs the respective computing unit to carry out the method.
  • the object is achieved by a computer program product with a program code for carrying out the method, which is stored on a medium that can be read by a computer.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle with a high-resolution projection headlight
  • FIG. 2 shows an active LED pixel matrix light source of the high-resolution projection headlight
  • FIG. 3 shows a roadway with a motor vehicle and a high-resolution light distribution pattern
  • FIG. 4 shows a roadway with a motor vehicle and a modulated and at least partially masked light distribution pattern
  • FIG. 5 shows a method sequence for rastering a digital image for image reproduction with an HD projection headlight
  • FIG. 6 shows a first and second image reproduction of the HD projection headlight
  • FIG. 7 shows a sequence of steps for rasterizing a current digital image.
  • FIG. 1 is a motor vehicle 3 with a high definition (engl high definition,
  • the HD projection headlight 1 can combine ver different light sources with associated optical elements for different light functions in a common housing.
  • An ordinary passenger car (car) has a front lighting system with at least one right and one left headlight that provide at least one low beam and one high beam. Both main headlights are activated in a synchronized manner by a common headlight control unit 2 .
  • At least one of the two main headlights is designed as an HD projection headlight 1, which, in addition to low beam and high beam devices, also has a high-resolution projection module with which an image 4 with one or more graphic objects, such as symbols, characters, auxiliary lines or be any other geometric structures can be projected onto a road surface in front of the motor vehicle 3.
  • an HD projection headlight 1 which, in addition to low beam and high beam devices, also has a high-resolution projection module with which an image 4 with one or more graphic objects, such as symbols, characters, auxiliary lines or be any other geometric structures can be projected onto a road surface in front of the motor vehicle 3.
  • the high-resolution projection module has an active LED pixel matrix light source 10, which is shown by way of example in FIG.
  • the active LED pixel matrix light source 10 essentially comprises two semiconductor chips.
  • a multiplicity of light-emitting diodes are monolithically integrated on a first semiconductor chip and are arranged next to one another in an m ⁇ n LED matrix 11, ie in rows and columns.
  • a second semiconductor chip contains an integrated driver circuit 12 for driving each individual light-emitting diode within the LED matrix 11.
  • the driver circuit 12 has a first circuit block 121 with a number of m ⁇ n transistors and forms a contact field in the metallization level above the first circuit block 121.
  • the first semiconductor chip with the LED matrix 11 is arranged fixed by means of flip-chip bonding on the contact field of the second semiconductor chip.
  • Each transistor of the integrated driver circuit 12 is assigned to a light-emitting diode of the LED matrix 11 in each case.
  • the light-emitting diodes each represent an actively lit pixel of the LED matrix 11.
  • Temperature sensors can also be provided in the first circuit block 121, with which the chip temperature of the first and second semiconductor chips connected to one another can be detected.
  • Control logic is arranged in a second circuit block 122 and communicates with a graphics controller 20 via a data connection 21 .
  • An image data signal can be received by the graphics controller 20, with which the individual transistors in the first circuit block are individually driven in rows and columns.
  • Each associated light-emitting diode can be operated with different brightness levels using pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • the active LED pixel matrix light source 10 also has a switching regulator 13 which provides a constant current source for the light emitting diodes of the LED matrix 11 .
  • the power of the constant current source can be regulated by means of a further pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • FIG. 1 A possible application example for the HD projection headlight 1 with the active LED pixel matrix light source 10 is shown in FIG.
  • Motor vehicle 3 is driving in the right lane of a roadway.
  • a high-resolution image 4 or a light distribution pattern is projected onto the road with the HD projection headlight 1 at a specific distance in front of the motor vehicle 3 .
  • the image 4 contains a rectangular structure that is projected onto a road ahead of the motor vehicle 3 .
  • the width, ie in the direction transverse to the roadway, of this rectangular structure projected as image 4 essentially corresponds to the width of motor vehicle 3 better assess an upcoming lane.
  • Such an assistance function can be particularly helpful in narrow lanes, which can occur, for example, at road construction sites. Looking at the active LED pixel matrix light source 10 outlined in FIG.
  • the chip with the LED matrix 11 has a large coherent luminous area, so that there is a high power density within the corresponding chip area. This results in a high thermal density within the luminous area in the center of the chip. There is a risk of thermal damage to the active LED pixel matrix light source 10, particularly if such an image is reproduced over a longer period of time.
  • the prior art it is therefore provided to monitor the temperatures within the active LED pixel matrix light source 10 by sensors. If a temperature limit is exceeded, the power of the constant current source for supplying electrical energy to the light ions within the LED matrix 11 can be regulated down by means of the PWM. With the reduction in the electrical power supply, the thermal power loss within the LED matrix 11 is also reduced, so that the active LED pixel matrix light source 10 is protected from thermal damage. Unfortunately, when the power supply is turned down, the brightness of all the luminous pixels of the LED matrix 11 is also dimmed down, so that the Bind 4 projected onto the road appears darker overall and has less contrast with the surroundings.
  • one goal is not to reduce the electrical supply power for the entire semiconductor chip with the LED matrix 11 and thus for all pixels equally, but rather to specifically reduce the thermal power loss density in critical areas on the chip area with the LED - Reduce Matrix 11.
  • the contour of the rectangular structure can and should be projected onto the asphalt with full illuminance, while the inner surface area projected as image 4 is reduced in brightness as soon as a limit value of a chip temperature is reached, for example.
  • the active LED pixel matrix light source 10 outlined in FIG. 4, it becomes clear that a closed line with activated pixels lights up in the edge area of the rectangular structure to be projected.
  • a chessboard-like pattern with luminous and non-luminous light-emitting diodes of the LED matrix 11 can be seen in the area of the projecting structure.
  • One idea behind this is to reduce the number of pixels of the LED matrix 11 that are simultaneously illuminated in a coherent surface area, see above that averaged over the surface area and over time, less power loss and waste heat is entered into the semiconductor chips of the active LED pixel matrix light source 10 .
  • the pixels that represent an outer line of the structure to be projected are not reduced in their luminosity.
  • the image 4 projected onto the road has an unchanged high contrast to the unlit outer environment, while the heat loss power density in the LED matrix 11 can be reduced by almost half.
  • graphics controller 20 receives current graphics data with at least one graphics object or loads it from a data memory.
  • the graphic object or objects can be present as pixel and/or vector graphic data.
  • the graphic controller 20 checks whether a thermal load limit has been reached for the active LED pixel matrix light source 10 or will be achieved.
  • the thermal load limit of the active LED pixel matrix light source 10 can be determined in various ways. On the one hand, temperature data from the control logic of the second circuit block 122 could be received via the data connection 21 and compared with a temperature limit value stored in the graphics controller 20 . Alternatively, a thermal load can be calculated from a history of rasterized digital images that have been rasterized within a defined time interval before a current digital image and reproduced with the HD projection headlight 1 . I.e. a thermal power loss entered into the active LED pixel matrix light source 10 could be estimated via the number and duration of the luminous pixels.
  • a current digital image is rasterized from the current pixels and/or vector graphics data, which for image reproduction is adapted to the resolution of the LED Matrix 11 is adapted and can be transmitted as an image signal via the data connection 21 to the control logic of the active LED pixel matrix light source 10 of the HD projection headlight 1 .
  • the pixel and/or vector graphics data are used graphic objects present are processed according to a sequence of steps 130 .
  • FIG. 7 explains the sequence of steps 130 as an example.
  • Current graphic data representing a symbol 50 to be projected in front of motor vehicle 3 are stored in a working memory of graphic controller 20 .
  • the symbol 50 is split into polylines 51 and surface areas 52.
  • the lines 51 of the symbol 50 are rasterized in a second partial step 132 with a line width 62 determined beforehand for the resolution of the LED matrix 11 .
  • the surface areas 52 of the symbol 50 for the resolution of the LED matrix 11 are rasterized.
  • a dot mask 60 is provided for this purpose, which is kept as a data record in the graphics controller 20 and with which every second pixel can be masked in a chessboard-like structure according to the resolution of the LED matrix 11 .
  • the surface areas 52 are modulated with the point mask 60 so that each of the masked pixels is deactivated and thus only every second pixel in the rastered surface areas 54 is active.
  • an inverse dot mask 61 is provided by the graphics controller 20, so that it is possible to alternately switch between the dot mask 60 and the inverse dot mask 61 for rasterizing a sequence of images.
  • the rastered polylines 53 and the rastered surface areas 54 are superimposed in a last partial step 134 to form a rastered digital image 55 .
  • the rastered digital image 55 can be transmitted as an image signal via the data connection 21 to the control logic of the active LED pixel matrix light source 10 of the HD projection headlight 1 .
  • FIG. 6a shows an image reproduction with the HD projection headlight 1 using the method described above.
  • the thermal losses in the active LED pixel matrix light source 10 only the surface areas of a symbol are reduced in brightness by about half the pixels in an image sequence alternating in time and location.
  • the lines of the symbol shine with maximum brightness, so that a maximum contrast to the environment is achieved.
  • FIG. 6b shows an image reproduction of the symbol when the power of the constant current source for supplying all pixels of an LED matrix is regulated down.
  • the contrast to the surroundings is comparatively significantly reduced.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hochauflösenden Projektionsscheinwerfers für ein Kraftfahrzeug. Der hochauflösende Projektionsscheinwerfer besitzt eine aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle, die eine auf einem Halbeiterchip monolithisch integrierte LED-Matrix mit einer Vielzahl von leuchtdiodenbasierten Pixeln und eine Treiberschaltung zur separaten Ansteuerung jedes einzelnen Pixels innerhalb der LED-Matrix umfasst. Mit einem Grafikkontroller wird fortwährend ein aktuelles digitales Bild einer Folge von Bildern aus Grafikdaten mit wenigstens einem Grafikobjekt (50) gerastert und für eine Bildwiedergabe mit dem Projektionsscheinwerfer bereitgestellt. Dabei wird fortwährend ein Wert für eine thermische Belastung der LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle ermittelt. Beim Rastern eines aktuellen digitalen Bildes werden Flächenbereiche (52) der zu projizierenden Grafikobjekte (50) zumindest teilweise mit einer Maskierung (60, 61) maskiert und moduliert, sofern der Wert für die thermische Belastung einen Grenzwert überschreitet. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Projektionsscheinwerfersystem für ein Kraftfahrzeug.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES HOCHAUFLÖSENDEN PROJEKTIONSSCHEINWERFERS UND PROJEKTIONSSCHEINWERFERSYSTEM FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hochauflösenden Projektions scheinwerfers und ein Projektionsscheinwerfersystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt dafür.
Stand der Technik
Hochauflösende Projektionssysteme mit separat ansteuerbaren und aktiv leuchtenden Pi xellichtquellen stellen den nächsten Schritt auf dem Gebiet der fortschrittlichen Lichtsys teme (engl advanced lighting Systems) in der Kraftfahrzeugtechnik dar. Mit pixelbasierten Leuchtelementen ist es abhängig von einer geeignet hohen Auflösung möglich, Symbole, Geometrien und scharfe sowie gut akzentuierte Lichtverteilungsmuster in das Umfeld ei nes Kraftfahrzeugs zu projizieren. Dazu wurden neue lichtemittierende Halbleiterchips vorgestellt, sogenannte HDSSL- (engl high definition solid state light source) Chips, die eine Vielzahl von monolithisch auf einem Halbleiterchip integrierte und in einer Matrix bzw. einem Array angeordnete Leuchtioden umfassen. Mit den in Zeilen und Spalten an geordneten Leuchtioden werden aktiv leuchtende Pixel bereitgestellt, die jeweils eine Flä che in der Größenordnung von beispielsweise 100 pm x 100 pm besitzen können.
Diese hohe Integrationsdichte von aktiv leuchtenden LED-basierten Pixeln in einer LED- Matrix, mit der einerseits die hohen Bildauflösungen erzielt werden, birgt andererseits das Risiko von thermischen Defekten in dem HDSSL-Chips. Insbesondere dann, wenn eine große Anzahl von Pixeln gleichzeitig aktiviert sind, herrscht eine hohe thermische Verlust leistung auf einer relativ kleinen Chipfläche.
Um thermischen Defekten vorzubeugen, ist bekannt, die elektrische Versorgungleistung für die LED-Matrix temperaturabhängig zu regeln. Durch ein herunterregeln der gemein samen Versorgungleistung für alle Pixel innerhalb einer LED-Matrix, reduziert sich neben der thermischen Verlustleistung eines HDSSL-Chips leider auch die Lichtstärke aller akti ven Leuchtdioden bzw. aller Pixel innerhalb der LED-Matrix. Eine in der Umgebung eines jeweiligen Kraftfahrzeugs projizierte Lichtverteilung erschein somit insgesamt dunkler, so dass der Helligkeitskontrast zwischen der Projektion und der Umgebung wird geringer. Kurzbeschreibunq der Erfindunq
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfah ren sowie eine alternative Vorrichtung bereitzustellen, mit der thermische Defekte in sol chen HDSSL-Chip vermieden werden können, ohne dass Helligkeitskontrast zwischen ei ner Projektion und einer Umgebung beeinträchtigt wird.
Vorgeschlagen wird dementsprechend ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch sowie eine Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt gemäß den Nebenansprüchen. Weiterführende Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhän gigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines hochauflösenden Projektionsscheinwerfers für ein Kraftfahrzeug. Der der hochauflösende Projektionsscheinwerfer umfasst eine aktive LED-Pixel-Matrix-Licht- quelle, die eine auf einem Halbeiterchip monolithisch integrierte LED-Matrix mit einer Viel zahl von leuchtdiodenbasierten Pixeln und eine Treiberschaltung zur separaten Ansteue rung jedes einzelnen Pixels innerhalb der LED-Matrix. Mit einem Grafikkontroller wird fort während ein aktuelles digitales Bild einer Folge von Bildern aus Grafikdaten mit wenigs tens einem Grafikobjekt gerastert und für eine Bildwiedergabe mit dem Projektionsschein werfer bereitgestellt. Dabei wird fortwährend ein Wert für eine thermische Belastung der LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle ermittelt, so dass beim Rastern eines aktuellen digitalen Bil des Flächenbereiche von zu projizierenden Grafikobjekten zumindest teilweise mit einer Maskierung maskiert und moduliert werden, sofern der Wert für die thermische Belastung einen Grenzwert überschreitet.
Eine Erkenntnis hinter dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass eine große Anzahl von gleichzeitig aktivierten Pixeln innerhalb eines zusammenhängenden Bereiches auf ei ner HDSSL-Chipfläche, einen hohe lokalen Temperatureintrag hervorruft. Eine Idee ist da her, die thermischen Verlustleistungen vornehmlich in diesen Flächenbereichen auf dem Chip der LED-Matrix zu reduzieren.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens können Linienzüge des aktuellen digitalen Bil des der zu projizierenden Grafikobjekte mit einer vorgegebenen Linienbreite gerastert werden.
Eine weitere Idee besteht also darin, dass die auf der Chipoberfläche aktivierten Pixel zur Projektion entsprechender Linienzüge eine geringe Verlustleistung pro Chipfläche verur sachen als die Flächenbereiche. Insbesondere bei feinen Linienzügen mit einer Breite von wenigen Pixeln kann auf eine Leistungs- bzw. Verlustleistungsbegrenzung zum thermi schen Schutz verzichtet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte kann eine Punktmaske als Maskie rung bereitgestellt werden, so dass beim Rastern der Flächenbereiche der zu projizieren den Grafikobjekte von jeweils zwei benachbarten Pixel des aktuellen digitalen Bildes je weils ein Pixel ausgeblendet wird und jeweils ein Pixel entsprechend den jeweiligen Gra fikdaten der zu projizierenden Grafikobjekte gerastert wird.
Die Maskierung kann im Wesentlichen als ein Datensatz verstanden werden, der im Gra fikkontroller abgelegt ist und mit dem die Grafikdaten für die Flächenbereiche der Grafiko bjekte beim Rastern eines aktuellen digitalen Bildes moduliert werden. Gemäß der Weiter bildung ist vorgesehen, jedes zweite Pixel innerhalb eines gerasterten Flächenbereichs zu deaktivieren, um die thermische Verlustleistungsdichte in der LED-Matrix bei der Bildwie dergabe in den entsprechenden Flächenbereichen auf dem Chip der LED-Matrix zu hal bieren. Die Punktmaske stellt also ein schachbrettartiges Maskierungsmuster breit, bei dem Zeilen- und Spaltenweise jeder zweite Pixel ausmaskiert und bei der Bildwiedergabe deaktiviert wird.
Ein schachbrettartiges Maskierungsmuster gewährleistet einen homogenen Temperatur eintrag in Bezug auf die leuchtenden Flächenbereiche der LED-Matrix.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen werden, ein erstes Maskierungsmuster und ein zweites Maskierungsmuster als Maskierung bereitzustellten, so dass in einer Bildfolge von aktuellen digitalen Bildern das erste Maskierungsmuster und das zweite Maskierungs muster jeweils alternierend beim Rastern des jeweiligen aktuellen digitalen Bildes verwen det wird.
Insbesondere kann mit dem zweiten Maskierungsmuster eine zu dem ersten Maskie rungsmuster inverse Maskierung bereitgestellt werden.
Beispielsweise wird bei zwei zueinander invers ausgebildeten schachbrettartigen Maskie rungsmustern, die zeitlich alternierend zum Rastern einer Folge aktueller digitaler Bilder verwendet werden, der Temperatureintrag noch gleichmäßiger im Bezug zur Chipoberflä che der LED-Matrix verteilt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Projektions scheinwerfersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Grafikkontroller und wenigstens ei nem hochauflösenden Projektionsscheinwerfer. Der hochauflösende Projektionsschein werfer besitzt eine aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle, die eine auf einem Halbeiterchip monolithisch integrierte LED-Matrix mit einer Vielzahl von leuchtdiodenbasierten Pixeln und eine Treiberschaltung zur separaten Ansteuerung jedes einzelnen Pixels innerhalb der LED-Matrix umfasst. Der Grafikkontroller besitzt eine Recheneinheit und eine Spei chereinrichtung, wobei in der Speichereinrichtung Grafikdaten für wenigstens ein zu proji zierendes Grafikobjekt und wenigstens ein Maskierungsdatensatz gespeichert ist. Die Re cheneinheit ist ausgebildet, die Grafikdaten mit dem Maskierungsdatensatz derart zu mo dulieren, dass beim Rastern eines aktuellen digitalen Bildes zur Projektion mit dem hoch auflösenden Projektionsscheinwerfer in Flächenbereichen der zu projizierenden Grafikob jekte zumindest teilweise eine Maskierung erfolgt.
Gemäß einer Weiterbildung des vorstehenden Aspekts kann der Grafikkontroller ferner eingerichtet, eine thermische Belastung der LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle zu ermitteln.
Somit kann eine Modulation der Grafikdaten und eine zumindest teilweise eine Maskie rung der Flächenbereiche abhängig von der thermischen Belastung der LED-Pixel-Matrix- Lichtquelle erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in der Speichereinrichtung ein erster Maskierungsda tensatz und ein zweiter Maskierungsdatensatz gespeichert ist, wobei der zweite Maskie rungsdatensatz ein zu dem ersten Maskierungsdatensatz inverses Maskierungsmuster enthält.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Computer programm, das, wenn es auf einer Recheneinheit innerhalb eines Grafikkontrollers ausge führt wird, die jeweilige Recheneinheit anleitet, das Verfahren auszuführen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Computer programmprodukt mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, der auf ei nem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbei spiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegen stand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funk- tions-gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen: Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem hochauflösenden Projektionsscheinwer fer;
Figur 2 zeigt eine aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle des hochauflösenden Projek tionsscheinwerfers;
Figur 3 zeigt eine Fahrbahn mit einem Kraftfahrzeug und einem hochauflösenden Lichtverteilungsmuster;
Figur 4 zeigt eine Fahrbahn mit einem Kraftfahrzeug und einem modulierten und zumindest teilweise maskierten Lichtverteilungsmuster;
Figur 5 zeigt ein Verfahrensablauf zum Rastern eines digitalen Bildes für die Bild wiedergabe mit einem HD-Projektionsscheinwerfer;
Figur 6 zeigt eine erste und zweite Bildwiedergabe einem dem HD-Projektions- scheinwerfer;
Figur 7 zeigt eine Schrittabfolge zum Rastern eines aktuellen digitalen Bildes.
Beschreibung der Ausführunqsarten
In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 3 mit einem hochauflösenden (engl high definition,
HD) Projektionsscheinwerfer 1 und einem zugeordneten Scheinwerfersteuergerät 2 dar gestellt. Der HD-Projektionsscheinwerfer 1 kann in einem gemeinsamen Gehäuse ver schiedene Lichtquellen mit zugeordneten optischen Elementen für unterschiedliche Licht funktionen vereinen. Ein gewöhnlicher Personenkraftwagen (PKW) besitzt ein Frontbe leuchtungssystem mit wenigstens einem rechten und einem linken Hautscheinwerfer, die zumindest ein Abblendlicht und ein Fernlicht bereitstellen. Beide Hautscheinwerfer wer den synchronisiert durch ein gemeinsames Scheinwerfersteuergerät 2 angesteuert.
Bei dem skizierten Kraftfahrzeug 3 ist zumindest einer der beiden Hautscheinwerfer als HD-Projektionsscheinwerfer 1 ausgebildet, der neben Abblendlicht- und Fernlichteinrich tungen auch ein hochauflösendes Projektionsmodul besitzt, mit dem ein Bild 4 mit einem oder mehreren Grafikobjekten, zum Beispiel Symbole, Schriftzeichen, Hilfslinien oder be liebig andere geometrische Strukturen auf eine Straßenoberfläche vor dem Kraftfahrzeug 3 projiziert werden können.
Das hochauflösende Projektionsmodul besitzt neben einer Projektionsoptik eine aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10, die beispielhaft in der Figur 2 dargestellt ist. Die aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 umfasst im Wesentlichen zwei Halbleiterchips. Auf einem ersten Halbleiterchip ist eine Vielzahl von Leuchtdioden monolithisch integriert, die in ei ner m x n LED-Matrix 11 , d.h. zeilen- und spaltenweise nebeneinander angeordnet sind. Ein zweiter Halbeiterchip enthält eine integrierte Treiberschaltung 12 zum Ansteuerten je der einzelnen Leuchtdiode innerhalb der LED-Matrix 11. Die Treiberschaltung 12 besitzt ein ersten Schaltungsblock 121 mit einer Anzahl von m x n Transistoren und bildet über dem ersten Schaltungsblock 121 ein Kontaktfeld in der Metallisierungsebene aus. Der erste Halbleiterchip mit der LED-Matrix 11 ist mittels Flip-Chip-Bonding auf dem Kontakt feld des zweiten Halbeiterchip befestigt angeordnet. Jeder Transistor der integrierten Trei berschaltung 12 ist jeweils einer Leuchtdiode der LED-Matrix 11 zugeordnet. Die Leucht dioden stellen jeweils ein aktiv leuchtendes Pixel der LED-Matrix 11 dar. In dem ersten Schaltungsblock 121 können ferner Temperatursensoren vorgesehen sein, mit dem die Chip-Temperatur des miteinander verbundenen ersten und zweiten Halbleiterchips erfasst werden kann.
In einem zweiten Schaltungsblock 122 ist eine Steuerungslogik angeordnet, die über eine Datenverbindung 21 mit einem Grafikkontroller 20 kommuniziert. Ein Bilddatensignal kann von dem Grafikkontroller 20 empfangen werden, mit dem die einzelnen Transistoren im ersten Schaltungsblock zeilen- und spaltenweisen individuell angesteuert werden. Mittels Pulsweitenmodulation (PWM) kann jede zugeordnete Leuchtdiode mit verschiedenen Hel ligkeiten betrieben werden.
Die aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 besitzt ferner einen Schaltregler 13, der eine Konstantstromquelle für die Leuchtdioden der LED-Matrix 11 bereitstellt. Die Leistung der Konstantstromquelle kann mittels einerweiteren Pulsweitenmodulation (PWM) reguliert werden. Mit einem PWM-Signal kann somit die Grundhelligkeit der gesamten LED-Matrix eingestellt bzw. reguliert.
In der Figur 3 ist ein mögliches Anwendungsbeispiel für den HD-Projektionsscheinwerfer 1 mit der aktiven LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 3 fährt auf der rechten Fahrspur einer Fahrbahn. Mit dem HD-Projektionsscheinwerfer 1 wird ein hochaufgelöstes Bild 4 bzw. ein Lichtverteilungsmuster mit einem bestimmten Abstand vor dem Kraftfahrzeug 3 auf die Fahrbahn projiziert. Das Bild 4 enthält eine rechteckige Struktur, die in einen vorausliegenden Fahrweg des Kraftfahrzeug 3 projiziert wird. Die Breite, d.h. in Querrichtung zur Fahrbahn, dieser als Bild 4 projizierten rechteckigen Struk tur entspricht im Wesentlichen der Breite des Kraftfahrzeugs 3. Damit wird eine Fahreras sistenzfunktion bereitgestellt, die es einem Fahrer ermöglicht, die Breite und Position sei nes eigenen Fahrzeuges im Verhältnis zu einer vorausliegenden Fahrspur besser einzu schätzen. Eine solche Assistenzfunktion kann insbesondere in verengten Fahrspuren hilf reich sein, die beispielsweise in Straßenbaustellen auftreten können. Mit Blick auf die in der Figur 3 skizzierte aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 wird deut lich, dass für die Projektion der rechteckigen Struktur eine Vielzahl von benachbarten Pi xel bzw. Leuchtionen der im ersten Halbleiterchip integrierten LED-Matrix 11 aktiviert sind. Der Chip mit der LED-Matrix 11 weist in diesem Betriebszustand einen großen zusam menhängenden leuchtenden Bereich auf, so dass innerhalb der entsprechenden Chipflä che eine hohe Leistungsdichte herrscht. Daraus resultiert eine hohe thermische Dichte in nerhalb des leuchtenden Bereichs im Chipzentrum. Insbesondere, wenn eine derartige Bildwiedergabe über einen längeren Zeitraum erfolgt, besteht für die aktive LED-Pixel- Matrix-Lichtquelle 10 das Risiko von thermischen Schäden.
Gemäß dem Stand der Technik ist daher vorgesehen, die Temperaturen innerhalb der ak tive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 sensorisch zu überwachen. Sofern ein Temperatur grenzwert überschritten wird, kann die Leistung der Konstantstromquelle zur elektrischen Energieversorgung der Leuchtionen innerhalb der LED-Matrix 11 mittels der PWM herun tergeregelt werden. Mit der Reduktion der elektrischen Versorgungsleistung wird auch die thermische Verlustleistung innerhalb der LED-Matrix 11 verringert, so dass die aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 vor thermischen Schäden bewahrt wird. Leider wird mit dem herunterregeln der Versorgungsleistung auch die Helligkeit aller leuchtenden Pixel der LED-Matrix 11 heruntergedimmt, so dass das auf die Fahrbahn projizierte Bind 4 ins gesamt dunkler und zur Umgebung weniger kontrastreich erscheint.
An dieser Stelle setzt das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines hochauflö senden Projektionsscheinwerfers an. Wie aus der Figur 4 ersichtlich ist, besteht ein Ziel darin, nicht die elektrische Versorgungsleistung für den gesamten Halbleiterchip mit der LED-Matrix 11 und damit für alle Pixel gleichermaßen zu reduzieren, sondern gezielt die thermische Verlustleistungsdichte in kritischen Bereichen auf der Chipfläche mit der LED- Matrix 11 zu reduzieren. We in der Figur 4 dargestellt ist, kann und soll beispielsweise die Kontur der rechteckigen Struktur mit voller Beleuchtungsstärke auf den Asphalt projiziert werden, während der als Bild 4 projizierte innere Flächenbereich in der Helligkeit reduziert wird, sobald beispielsweise ein Grenzwert einer Chiptemperatur erreicht ist.
Mit Blick auf die in der Figur 4 skizzierte aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 wird deut lich, dass im Randbereich der zu projizierenden rechteckigen Struktur ein geschlossener Linienzug mit aktivierten Pixel aufleuchtet. In der Fläche der projizierenden Struktur ist ein schachbrettartiges Muster mit leuchtenden und nichtleuchtenden Leuchtdioden der LED- Matrix 11 erkennbar. Eine Idee dahinter ist, die Anzahl der gleichzeitig in einem zusam menhängenden Flächenbereich leuchtenden Pixel der LED-Matrix 11 zu reduzieren, so dass über den Flächenbereich und über die Zeit gemittelt weniger Verlustleistung und Ab wärme in die Halbleiterchips der aktiven LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 eingetragen wird. Hingegen werden die Pixel, die einen äußeren Linienzug der zu projizierenden Struktur repräsentieren, in ihrer Leuchtstärke nicht reduziert. Dadurch weist das auf die Fahrbahn projizierte Bild 4 einen unverändert hohen Kontrast zu der unbeleuchteten äußeren Um gebung auf, während die Wärmeverlustleistungsdichte in der LED-Matrix 11 um fast die Hälfte reduziert werden kann.
Diese Aspekte können insbesondere mit dem nachfolgend beschriebenen und in der Fi gur 5 dargestellten Verfahren zum Rastern eines digitalen Bildes für die Bildwiedergabe mit einem HD-Projektionsscheinwerfer 1 erzielt werden.
In einem ersten Schritt 110 werden von Grafikkontroller 20 aktuelle Grafikdaten mit we nigstens einem Grafikobjekt empfangen bzw. aus einem Datenspeicher geladen. Das Grafikobjekt bzw. die Grafikobjekte können als Pixel- und/oder Vektor-Grafikdaten vorlie gen. In einem zweiten Schritt 120 wird durch den Grafikkontroller 20 geprüft, ob für die ak tive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 eine thermische Belastungsgrenze erreicht worden ist bzw. erreicht werden wird.
Eine Ermittlung der thermischen Belastungsgrenze der aktiven LED-Pixel-Matrix-Licht- quelle 10 kann über verschiedene Wege erfolgen. Zum einen könnten über die Datenver bindung 21 Temperaturdaten von der Steuerlogik des zweiten Schaltungsblocks 122 emp fangen werden, die mit einem im Grafikkontroller 20 gespeicherten Temperaturgrenzwert verglichen werden. Alternativ kann eine thermische Belastung aus einer Historie von ge rasterten digitalen Bildes berechnet werden, die innerhalb eines definierten Zeitintervalls vor einem aktuellen digitalen Bild gerastert und mit dem HD-Projektionsscheinwerfer 1 wi dergegeben worden sind. D.h. eine in die aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 eingetra gene thermische Verlustleistung könnte über die Anzahl und Zeitdauer der leuchtenden Pixel abgeschätzt werden.
Sofern in dem zweiten Schritt 120 kein erreichen oder überschreiten der thermischen Be lastungsgrenze ermittelt wurde, wird in einem abschließenden Schritt 140 aus den aktuel len Pixel und/oder Vektor-Grafikdaten ein aktuelles digitales Bild gerastert, dass zur Bild wiedergabe an die Auflösung der LED-Matrix 11 angepasst ist und als Bildsignal über die Datenverbindung 21 an die Steuerlogik der aktiven LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 des HD-Projektionsscheinwerfers 1 übermittelt werden kann.
Wenn im zweiten Schritt 120 hingegen ein Erreichen bzw. Überschreiten der thermischen Belastungsgrenze festgestellt wurde, werden die als Pixel- und/oder Vektor-Grafikdaten vorliegenden Grafikobjekte gemäß einer Schrittabfolge 130 verarbeitet.
Mit der Figur 7 wird der Ablauf der Schrittabfolge 130 beispielhaft erläutert. In einem Ar beitsspeicher des Grafikkontrollers 20 sind aktuelle Grafikdaten gespeichert, die ein vor dem Kraftfahrzeug 3 zu projizierendes Symbol 50 repräsentieren. In einem ersten Teil schritt 131 wird das Symbol 50 in Linienzüge 51 und Flächenbereiche 52 aufgesplittert.
Die Linienzüge 51 des Symbols 50 werden in einem zweiten Teilschritt 132 mit einer vor bestimmten Linienbreite 62 für die Auflösung der LED-Matrix 11 gerastert. In einem paral lelen zweiten Teilschritt 133 werden die Flächenbereiche 52 des Symbols 50 für die Auflö sung der LED-Matrix 11 gerastert. Dazu wird eine Punktmaske 60 bereitgesellt, die als Datensatz in dem Grafikkontrollers 20 vorgehalten wird und mit der jedes zweite Pixel in einer schachbrettartigen Struktur entsprechend der Auflösung der LED-Matrix 11 maskiert werden kann. Beim Rastern werden die Flächenbereiche 52 mit der Punktmaske 60 mo duliert, so dass jedes der maskierten Pixel deaktiviert und somit nur jeder zweite Bildpunkt in gerasterten Flächenbereichen 54 aktiv ist.
Zusätzlich wird eine inverse Punktmaske 61 durch den Grafikkontroller 20 vorgehalten, so dass zum Rastern einer Folge von Bildern alternierend zwischen der Punktmaske 60 und der inversen Punktmaske 61 alternierend gewechselt werden kann.
Die gerasterten Linienzüge 53 und die gerasterten Flächenbereichen 54 werden in einem letzten Teilschritt 134 zu einem gerasterten digitalen Bild 55 überlagert. Abschließend kann das gerasterte digitalen Bild 55 als Bildsignal über die Datenverbindung 21 an die Steuerlogik der aktiven LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 des HD-Projektionsscheinwerfers 1 übermittelt werden.
In der Figur 6a ist eine Bildwiedergabe mit dem HD-Projektionsscheinwerfer 1 eines mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren skizziert. Zur Reduktion der thermischen Ver lustleistungen in der aktiven LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 10 werden lediglich die Flächen bereiche eines Symbols in der Helligkeit reduziert, indem in einer Bildfolge zeitlich und ört lich alternierend etwa die Hälfte der Bildpunkte ausgetastet werden. Die Linienzüge des Symbols leuchten mit maximale Helligkeit, so dass ein maximaler Kontrast zur Umgebung erzielt wird.
Im Vergleich dazu zeigt die Figur 6b zeigt eine Bildwiedergabe des Symbols bei einer Herunterregelung der Leistung der Konstantstromquelle zur Versorgung aller Pixel einer LED-Matrix. Der Kontrast zur Umgebung ist vergleichsweise deutlich Reduziert. Obwohl der Gegenstand im Detail durch Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläu tert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass bei- spielhaft genannte Ausführungsformen nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Be schreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbar- ten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Ele mente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Be schreibung, definiert wird.
Liste der Bezuqszeichen
1 Projektionsscheinwerfer
2 Scheinwerfersteuergerät
3 Kraftfahrzeug
4 projiziertes Bild 10 aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle 11 integrierte LED-Matrix 12 integrierte Treiberschaltung 121 Schaltungsblock 122 Schaltungsblock 13 Konstantstromquelle 20 Grafikkontroller 21 Datenverbindung
50 Symbol
51 Linienzüge
52 Flächenbereiche
53 gerasterte Linienzüge
54 gerasterte Flächenbereiche
55 gerastertes digitales Bild 60 Punktmaske 61 inverse Punktmaske 62 Linienbreite 100 Verfahren 110 erster Schritt 120 zweiter Schritt
130 Schrittabfolge
131 erster Teilschritt
132 zweiter Teilschritt
133 paralleler zweiter Teilschritt
134 letzten Teilschritt 140 abschließender Schritt

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines hochauflösenden Projektionsscheinwerfers (1) für ein Kraftfahrzeug (3), wobei der hochauflösende Projektionsscheinwerfer (1) eine aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle (10) umfasst, die eine auf einem Halbeiterchip monoli thisch integrierte LED-Matrix (11) mit einer Vielzahl von leuchtdiodenbasierten Pixeln und eine Treiberschaltung (12) zur separaten Ansteuerung jedes einzelnen Pixels in nerhalb der LED-Matrix (11) umfasst, wobei mit einem Grafikkontroller (20) fortwährend ein aktuelles digitales Bild (55) einer Folge von Bildern aus Grafikdaten mit wenigstens einem Grafikobjekt (50) gerastert und für eine Bildwiedergabe mit dem Projektions scheinwerfer (1) bereitgestellt wird, wobei fortwährend ein Wert für eine thermische Be lastung der LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle (10) ermittelt wird, so dass beim Rastern ei nes aktuellen digitalen Bildes Flächenbereiche (52) der zu projizierenden Grafikobjekte (50) zumindest teilweise mit einer Maskierung maskiert und moduliert werden, sofern der Wert für die thermische Belastung einen Grenzwert überschreitet.
2. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch 1, wobei Linienzüge (51) der zu proji zierenden Grafikobjekte (50) mit einer vorgegebenen Linienbreite (62) gerastert wer den.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei als Maskie rung eine Punktmaske (60, 61) bereitgestellt wird, so dass beim Rastern der Flächen bereiche (52) der zu projizierenden Grafikobjekte (50) von jeweils zwei benachbarten Pixel des aktuellen digitalen Bildes (55) jeweils ein Pixel ausgeblendet wird und jeweils ein Pixel entsprechend den jeweiligen Grafikdaten der zu projizierenden Grafikobjekte (50) gerastert wird.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei als Maskierung ein erstes Maskierungsmuster und ein zweites Maskierungsmuster bereitgestellt wird, so dass in einer Bildfolge von aktuellen digitalen Bildern das erste Maskierungsmuster und das zweite Maskierungsmuster jeweils alternierend beim Rastern des jeweiligen aktuellen digitalen Bildes (55) verwendet wird.
5. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch 4, wobei mit dem zweiten Maskie rungsmuster eine zum dem ersten Maskierungsmuster inverse Maskierung bereitge stellt wird.
6. Projektionsscheinwerfersystem für ein Kraftfahrzeug (3) mit einem Grafikkontroller (20) und wenigstens einem hochauflösenden Projektionsscheinwerfer (1), wobei der hoch auflösende Projektionsscheinwerfer (1) eine aktive LED-Pixel-Matrix-Lichtquelle (10) besitzt, die eine auf einem Halbeiterchip monolithisch integrierte LED-Matrix (11) mit einer Vielzahl von leuchtdiodenbasierten Pixeln und eine Treiberschaltung (12) zur se paraten Ansteuerung jedes einzelnen Pixels innerhalb der LED-Matrix (11) umfasst, wobei der Grafikkontroller (20) eine Recheneinheit und eine Speichereinrichtung be sitzt, wobei in der Speichereinrichtung Grafikdaten für wenigstens ein zu projizierendes Grafikobjekt (50) und wenigstens ein Maskierungsdatensatz gespeichert ist, und wobei die Recheneinheit ausgebildet ist, die Grafikdaten mit dem Maskierungsdatensatz der art zu modulieren, dass beim Rastern eines aktuellen digitalen Bildes zur Projektion mit dem hochauflösenden Projektionsscheinwerfer (1) in Flächenbereichen (52) der zu projizierenden Grafikobjekte (50) zumindest teilweise eine Maskierung erfolgt.
7. Projektionsscheinwerfersystem gemäß vorstehendem Anspruch 6, wobei der Grafik kontroller (20) ferner eingerichtet ist, eine thermische Belastung der LED-Pixel-Matrix- Lichtquelle (10) zu ermitteln.
8. Projektionsscheinwerfersystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 6 oder 7, wobei in der Speichereinrichtung ein erster Maskierungsdatensatz und ein zweiter Maskierungsdatensatz gespeichert ist, wobei der zweite Maskierungsdatensatz ein zu dem ersten Maskierungsdatensatz inverses Maskierungsmuster enthält.
9. Computerprogramm, das, wenn es auf einer Recheneinheit innerhalb eines Grafikkon trollers (20) ausgeführt wird, die jeweilige Recheneinheit anleitet, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
10. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Com puter lesbaren Medium gespeichert ist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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