Brevet FR3054375A1 — publié le 20180126

CONTROLE DU FLUX LUMINEUX D'UNE DEL DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des diodes électroluminescentes (DELs), et en particulier celui des projecteurs pour véhicules comportant une matrice de DELs comme source lumineuse. ARRIERE-PLAN Il est connu de longue date que le faisceau lumineux émis par un projecteur tel qu'un feu de croisement (« low beam » en anglais) ou un feu de route (« high beam » en anglais) doit assurer une homogénéité d'éclairage et un contraste constant afin d'assurer la meilleure visibilité possible au conducteur. On connait également des phares pour véhicules qui utilisent des DELs comme source lumineuses. Notamment, des matrices de DELs peuvent être utilisées comme source lumineuse pour éclairer la scène. Cependant, le flux lumineux qui est émis par les DELs d'une matrice de DEL peut varier au cours du temps, ce qui cause des diminutions de l'homogénéité de l'éclairage et du contraste. Ces variations du flux lumineux peuvent notamment être causées par les variations de température des jonctions de chacune des diodes de la matrice. Ces variations de températures ne sont pas réparties de manière homogène sur la matrice, comme illustré sur les Figures 1 et 2 qui montrent que la température de la jonction d'une diode dépend de sa position par rapport aux autres diodes, ainsi que de la puissance qui est dissipée par ces autres diodes et qui n'est pas connue a priori. Ainsi, le flux lumineux réel d'une diode d'une matrice de diodes est différent du flux théorique que la diode devrait délivrer dépendant de sa température de jonction qui elle-même dépend de la position de la jonction sur la matrice. Le but de la présente invention est de fournir une solution palliant ces inconvénients. Plus particulièrement, l'invention vise à fournir un procédé permettant de contrôler le flux lumineux émis par une matrice de DELs qui soit simple et efficace, et qui permette à une matrice de DELs de fournir un éclairage homogène et de contraste contant. RESUME DE L'INVENTION 3054375 2 A cette fin, la présente invention propose un procédé mis en oeuvre par ordinateur pour contrôler le flux lumineux d'au moins une diode électroluminescente (DEL) d'une matrice de DEL. Le procédé comprend les étapes consistant à : 5 - prédire une température Ti de la jonction de ladite au moins une DEL ; - déterminer si la température Ti est inférieure à une température maximale Timax de la jonction de ladite au moins une DEL ; - si la température obtenue Ti est inférieure à la température maximale Tjmax , calculer un flux réelfille ,réel de la DEL en fonction de la température Ti ; 10 - calculer la valeur d'une erreur E définie par E_ - (ID real Otarget OÙ (I) ta r get est une valeur de flux prédéterminée; - réguler un courant appliqué à la jonction de ladite au moins une DEL en fonction de la valeur de l'erreur E calculée. Suivant des modes de réalisation préférés, le procédé comprend une ou 15 plusieurs des caractéristiques suivantes : - prédire la température Ti comprend obtenir une tension Vf appliquée à la jonction de la de ladite au moins une DEL ; et convertir la tension Vf obtenue en une mesure de température Ti de la jonction de ladite au moins une DEL ; - si la température prédite Ti est supérieur ou égale à la température 20 maximale Timax, abaisser la valeur de flux prédéterminée an -target ; - la valeur de flux prédéterminée CID - target est la valeur de flux prédéterminée de ladite au moins une DEL; - la valeur de flux prédéterminée cl) target est la valeur de flux prédéterminée de ladite matrice de DELs ; 25 - la valeur de flux prédéterminée (1) target est la valeur de flux prédéterminée d'un moins une DEL voisine de ladite au moins une DELs ; - asservir la régulation du courant appliqué à la jonction de ladite au moins une DEL à l'aide d'un contrôleur ; - le contrôleur est du type proportionnel, intégrateur, dérivateur. 30 La présente invention propose un contrôleur d'au moins une DEL, comprenant des instructions permettant d'exécuter le procédé selon l'une des revendications 3054375 3 précédentesl'invention. La présente invention propose aussi un projecteur de voiture comprenant une matrice de DELs et un tel contrôleur d'au moins une DEL. La présente invention propose un programme d'ordinateur, stocké sur un support lisible par ordinateur, comprenant des instructions permettant à un ordinateur d'exécuter le procédé précédentselon l'invention. matrice de DELs et un contrôleur d'au moins une DEL selon la revendication précédente. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 montre un exemple de matrices de DELs ; La Figure 2 montre un exemple de répartition de température des 15 jonctions de DELS ; La figure 3 montre un exemple d'écart entre le flux réel et le flux théorique émis par les DELs d'une matrice en fonction de leurs positions représentées sur la Figure 2 ; La Figure 4 montre une relation entre le flux de lumière émis par une DEL 20 et la température de sa jonction ; La Figure 5 montre une relation entre la tension aux bornes de la jonction d'une DEL et la température de sa jonction ; La Figure 6 montre une relation entre la tension aux bornes de la jonction d'une DEL et le courant traversant sa jonction ; 25 La Figure 7 montre un exemple de lecture de la tension de chaque DEL ; La Figure 8 montre un diagramme représentant un exemple du procédé selon l'invention ; La Figure 9 montre un exemple d'unité de contrôle d'un projecteur selon l'invention. 30 DESCRIPTION DETAILLEE 5 3054375 4 Se référant à la figure 8, un exemple du procédé selon l'invention est décrit. Le procédé est mis en oeuvre par ordinateur, c'est-à-dire qu'une unité arithmétique et logique (UAL) telle que, mais pas limité à, un processeur, un circuit programmable, un circuit intégré peut réaliser le procédé selon l'invention. Le 5 procédé contrôle le flux lumineux d'un ou plusieurs DEL (diodes électroluminescentes) d'une matrice de DELs. Le procédé peut contrôler le flux lumineux d'une seule DEL. Dans le contexte de cette description, les termes DEL, diodes et pixels sont synonymes ; le terme pixel signifie une DEL ou diode dans une matrice de DELs. Le procédé selon l'invention comprend une étape consistant à 10 prédire une température TJ de la jonction d'une DEL (par exemple une des DELs d'une matrice de DELs. Il est ensuite déterminé si cette température TJ est inférieure à une température maximale Timax de la jonction de DEL. La température Timax peut par exemple dépendre des propriétés physiques des matériaux de la DEL. Si la Ti 0, on diminue le courant. 20 Le courant (et donc la tension) qui est appliquée aux bornes de la DEL varie en fonction de la température qui est calculée à partir de la tension appliquée aux bornes de la DEL. Le flux de lumière émis par la DEL est donc contrôlé en fonction de la tension aux bornes de la DEL. Il n'y a donc pas besoin de capteurs de température de la DEL, c'est-à-dire que le contrôle du flux se fait à l'aide d'une 25 donnée de fonctionnement de la DEL qui est connue du circuit contrôlant la LED. Le contrôle du flux lumineux est moins complexe à implémenter car il ne requiert plus d'avoir une sonde de température par DEL. La Figure 1 montre un exemple de matrice 10 de DELs qui comprend plusieurs DELs positionnées sur un substrat 14 aussi appelé support. Le terme matrice de DEL 30 (aussi connu sous le terme « grille de DEL ») fait référence à un réseau de plusieurs DELs qui sont disposées selon un motif qui peut être régulier. Alternativement, la 3054375 5 matrice de DELs peut être composée d'une ou plusieurs sources monolithiques découpées pour créer des pixels. Ces matrices de DELs permettent de remplacer les lampes à incandescence ou fluorescence des dispositifs d'éclairage, comme de même pour les feux de signalisation, de stop, clignotants et dispositifs de 5 visualisation de sécurité pour véhicules automobiles. La matrice de DEL de la Figure 1 peut être utilisée dans un projecteur servant à éclairer une scène. Le projecteur peut être un projecteur pour véhicule terrestre, par exemple un phare d'automobile. Le projecteur peut être indifféremment un projecteur gauche ou un projecteur droit d'une voiture. Le projecteur comprend au 10 moins une diode électroluminescente (DEL, ou « LED » en anglais). La Figure 7 montre un exemple de circuit intégré 70 qui contrôle les DELs d'une matrice de DELs, par exemple la matrice de DELs de la Figure 1. Le circuit intégré est donc un circuit de contrôle qui gère l'application d'une tension électrique aux bornes des DELs. Par exemple, la diode notée « pixel_n » 12 est 15 traversée par un courant ln dont l'intensité est contrôlée par la tension notée Vf pixel_n - Le circuit de contrôle peut être, mais n'est pas limité à, un processeur (ou encore CPU acronyme de l'anglais « central processing unit », littéralement « unité centrale de traitement ») qui est couplé avec une mémoire sur laquelle est stockée 20 un programme d'ordinateur qui comprend des instructions permettant au processeur de réaliser les étapes du procédé selon l'invention. La Figure 9 illustre un exemple de système de contrôle d'une ou plusieurs DELs dans lequel le processeur 1010 et une mémoire volatile 1020 sont couplés via un BUS 1000 ; le système comprend également une mémoire non-volatile 1030 sur laquelle est stocké le 25 programme d'ordinateur. La mémoire non volatile est donc un support lisible par le système. Le processeur et la mémoire 1030 sont également couplés via le BUS 1000 ; de même que les deux mémoires 1020 et 1030. Le système de la Figure 9 peut être construit en un seul circuit intégré et constituer un microprocesseur. Le circuit de contrôle peut être un FPGA (acronyme de l'anglais « Field- 30 Programmable Gate Array », littéralement « réseau de portes programmables in situ »). Le FPGA est un circuit intégré logique qui est programmé, et le programme 3054375 6 étant semblable au programme d'ordinateur susmentionné ; le programme comprend des instructions permettant au FPGA de réaliser les étapes du procédé selon l'invention. Le circuit de contrôle peut être un ASIC (acronyme de l'anglais « Application- 5 Specific Integrated Circuit», littéralement « circuit intégré propre à une application»). L'ASIC exécute un programme d'ordinateur qui comprend des instructions permettant à l'ASIC de réaliser les étapes du procédé selon l'invention. De retour sur la Figure 8, la température Ti de la jonction d'une DEL est prédite (S20); par exemple température TLA de la DEL 12 représentée sur les Figures 10 1, 2 et 7. Dans l'exemple de la Figure 2, la DEL 12 est celle qui a la température Ti la plus élevée. La température Ti peut être prédite en obtenant une tension Vf qui est appliquée à la jonction de la DEL lorsqu'elle éclaire (510), c'est-à-dire lorsqu'elle émet de la lumière. 15 La tension Vf peut être obtenue de deux manières. Si la tension Vf est connue du contrôleur 70 représenté sur la Figure 7, Vf peut donc être immédiatement lue par le contrôleur. Si la tension n'est pas connue par l'unité de contrôle 70 représenté sur la Figure 7, il est possible de l'obtenir en utilisant la valeur du courant In qui traverse la jonction de la DEL 12 car la quantité de courant In est 20 gérée par le contrôleur. La Figure 6 montre un exemple de courbe caractérisant la relation entre la tension Vf aux bornes de la jonction de la DEL et du courant In qui traverse la jonction de la DEL. Une fois que la valeur de la tension Vf appliquée à la DEL 12 est connue, cette 25 valeur de tension Vf est convertie en une mesure de température Ti de la jonction de la DEL (S20). La conversion de la tension Vf en une prédiction de température Ti se fait en deux étapes. Dans une première étape, la température Ti mesurée est obtenue en utilisant la fonction qui met en relation la tension Vf et la température Ti mesurée de la jonction au moment où la tension a été mesurée (ou bien calculée 30 dépendant du cas de figure). 3054375 7 La Figure 5 montre un exemple de courbe caractérisant la relation entre la tension Vf aux bornes de la jonction de la DEL et la température T, mesurée de la jonction au moment où la tension a été mesurée. Maintenant que la température mesurée est connue, une prédiction de 5 température T, est calculée à l'aide de la température T, mesurée et de la contribution du futur courant qui va être appliqué à la jonction de la DEL. La relation suivante permet de calculer Ti pour une DEL (équation 1) : dl Tj = Tj mesurée + a -, t X Vf X Rth où : - I est le courant traversant la jonction au temps t, 10 - Vf est la tension aux bornes de la jonction de la DEL au temps t, - Rthest la résistance thermique calculée à partir de la puissance électrique dissipée, interne de la jonction ; la résistance thermique est calculée à partir d'une puissance électrique, c'est à dire que la puissance optique évacuée sous forme de rayonnement n'est pas prise en considération; et 15 - le temps t est l'instant pendant lequel Vf a été obtenue. La prédiction Ti ne peut être calculée que pendant une période prédéterminée après que Vf ait été obtenue. En pratique, cela veut dire que la prédiction est calculée par l'unité de contrôle 70 immédiatement après que la température T, mesurée ait été obtenue. La prédiction Ti est elle-même valable que 20 pour une période de temps données ; par exemple, si plus de 10 ms se sont écoulées entre le moment où Ti est calculée et le moment où Ti est utilisée, il est nécessaire de recommencer l'acquisition des données (Vf ou ln) pour recalculer Ti mesurée et donc T. . En pratique, quelques millisecondes (c'est-à-dire inférieur à 10ms) est une durée pendant laquelle on peut considérer que la température Ti n'a 25 pas évoluée. Le calcul de la température de jonction prédite Ti est typiquement effectué par l'unité de contrôle 70, étant entendu que le calcul pourrait être fait par une unité de calcul externe à l'unité de contrôle. 3054375 8 Ensuite, à l'étape S30, un test est effectuée pour déterminer si la température prédite T, est inférieure à une température maximale Timax, c'est-à-dire si Ti Timax (on comprend que le test peut de manière alternative comprendre déterminer si Ti > Timax ), alors l'étape S40 est réalisée et comprend abaisser une valeur de flux lumineux prédéterminée Otarget , par exemple elle est abaissée d'un pourcentage prédéterminé. Le flux 20 lumineux prédéterminée (I) - target est une consigne, c'est-à-dire que (I) - target est la valeur d'un flux idéal que toutes les DELs de la matrice devraient atteindre. On comprend que la consigne (I) - target peut avoir été trop abaissée à l'étape S40, ou encore que la température de la jonction Ti n'était que temporairement supérieure à Timax. Ainsi, si Ti qui était précédemment supérieure à Timax se retrouve 25 à nouveau inférieure TJ, la consigne précédemment modifiée (c'est-à-dire abaissée) Otarget peut être à nouveau augmentée. L'augmentation peut être réalisée graduellement, c'est-à-dire que (ID - target est augmentée plus lentement qu'il n'a été abaissé. Otarget étant une consigne, cette consigne peut être appliquée à une ou 30 plusieurs DELs de la matrice de DEL. Ainsi, (ID - target peut être la valeur cible d'une DEL de la matrice uniquement ; dans ce contexte, chaque DEL aura sa valeur cible. 3054375 9 Otarget peut être la valeur cible de l'ensemble des DELs de la matrice, c'est-à-dire que Otarget concerne la matrice de DELs. La consigne ap target peut s'appliquer à une ou plusieurs DELs qui sont voisines de la DEL pour laquelle les étapes S10 à S40 ont été réalisées. Par exemple, les DELs voisines peuvent être par exemples les DELS en 5 contact de la DEL, par exemple les DELs B, A' et A" sont en contact avec la DEL 12 sur la Figure 2. Autre exemple, les DELs voisines peuvent être les DELs situées à une certaine distance de la DEL en question, par exemple les DELs B, B', B", A' et A" sont toutes à une distance prédéterminée de la DEL 12 sur la Figure 2. Lorsque (I)target est abaissée pour un ensemble de DELs voisines, cela permet de faciliter leur 10 refroidissement car une plus grande surface de la matrice de DELs a une consigne abaissée, ce qui entraine sur un flux moins fort pour toutes ces DELs, et donc moins de chaleur dégagée. Ensuite, à l'étape S60, la valeur d'une erreur notée E est calculée. Cette erreur E définie par (equation 2): E = (ID real Otarget . E indique donc quel est l'écart 15 entre le flux lumineux que va émettre la diode durant la période pendant laquelle la température prédite Ti es valable et le flux lumineux que le système souhaite avoir. Ainsi, si E=0, les conditions sont parfaites puisque la valeur souhaitée et la même que la valeur mesurée. Si E>0, cela signifie que la valeur du flux émis est supérieur la valeur de consigne, et au contraire si E 0, l'intensité du courant est diminuée afin de diminuer le flux émis par la DEL. Si E Timax sera celle analysée suivant les étapes S10 à S90, et le courant régulé à l'étape S80 et appliqué à l'étape S90 sera appliqué à l'ensemble des DELs du groupe. Généralement, la DEL ayant la plus forte probabilité d'avoir Timax > imax est celle situé le plus proche du centre de la matrice. L'exemple de la 20 Figure 8 a été discuté dans le cadre d'une matrice de DELs ; on comprendra que le procédé selon l'invention pourrait être appliqué pour réguler le flux d'une seule DEL, c'est-à-dire qui n'est pas sur une matrice de DELs. 25 REVENDICATIONS1. Procédé mis en oeuvre par ordinateur pour contrôler le flux lumineux d'au moins une diode électroluminescente (DEL) d'une matrice de DEL, comprenant les étapes consistant à : - prédire (S10, S20) une température Ti de la jonction de ladite au moins une DEL; - déterminer (S30) si la température Ti est inférieure à une température maximale Timax de la jonction de ladite au moins une DEL; - si la température obtenue Ti est inférieure à la température maximale Timax, calculer (S50) un flux réel (h ,réel de la DEL en fonction de la température Ti ; - calculer (S60) la valeur d'une erreur E définie par E = - le real - Otarget , OÙ Otarget est une valeur de flux prédéterminée; - réguler (S90) un courant appliqué à la jonction de ladite au moins une DEL en fonction de la valeur de l'erreur E calculée. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel prédire la température Ti comprend : - obtenir (S10) une tension Vf appliquée à la jonction de la de ladite au moins une DEL ; et - convertir (S20) la tension Vf obtenue en une mesure de température Ti de la jonction de ladite au moins une DEL. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, comprenant en outre : - si la température prédite Ti est supérieur ou égale (S30) à la température maximale Timax, abaisser (S40) la valeur de flux prédéterminée CID - target - 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la valeur de flux prédéterminée CID - target est la valeur de flux prédéterminée de ladite au moins une DEL. 3054375 12 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la valeur de flux prédéterminée (ID - target est la valeur de flux prédéterminée de ladite matrice de DELs. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la valeur de flux 5 prédéterminée (ID - target est la valeur de flux prédéterminée d'un moins une DEL voisine de ladite au moins une DELs. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant en outre une étape de : 10 - asservir la régulation du courant appliqué à la jonction de ladite au moins une DEL à l'aide d'un contrôleur. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le contrôleur est du type proportionnel, intégrateur, dérivateur. 15 9. Contrôleur d'au moins une DEL, comprenant des instructions permettant d'exécuter le procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Programme d'ordinateur, stocké sur un support lisible par ordinateur, 20 comprenant des instructions permettant à un ordinateur d'exécuter le procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 11. Projecteur de voiture comprenant une matrice de DELs et un contrôleur d'au moins une DEL selon la revendication 9. 25