Display-Vermessung Bildschirme mit Charakter

Wo bis vor kurzem fast ausschließlich Röhrenmonitore zum Einsatz kamen, haben sich in vergleichsweise kurzer Zeit mehrere alternative Display-Technologien verbreitet. LCD, OLED, Plasma und E-Paper erfordern angepasste Messtechnik für ihre Charakterisierung.

Sowohl während der Entwicklung als auch bei der Fertigung ist es unabdingbar, die optischen Eigenschaften von Displays und ihren Prototypen genau zu vermessen. Zu diesem Zweck steht ein Arsenal an Messgeräten bereit. Die wichtigsten sind Spektralradiometer sowie Leuchtdichte- und Farbmesskameras. Für die elektrooptische Charakterisierung gibt es etwa bei Instrument Systems die konoskopischen und goniometrischen Messsysteme, die Autronic-Melchers einst entwickelte.

Rund um seine Spektralradiometer hat der Hersteller Komplett-Testsysteme aufgebaut. So stehen auf der Basis des Array-Spektrometers »CAS 140CT« mit hinterleuchtetem CCD-Detektor Systeme für die Messung der Strahl- und Leuchtdichte sowie der Farbe von Displays und hinterleuchteten Symbolanzeigen zur Verfügung.

Die Strahlungseinkopplung erfolgt mit der Teleskopoptik »TOP 200«, die über einen Lichtleiter mit dem Spektrometer verbunden ist. Für diese Optik steht eine große Auswahl an Objektiven zur Verfügung, um unterschiedliche Messfleckgrößen zu realisieren. Die Software »SpecWin Pro« bietet allerlei Möglichkeiten, die Messergebnisse auszuwerten und zu dokumentieren.

Mithilfe einer flexiblen Faserankopplung lässt sich der Messadapter einfach wechseln und das DTS 140 für eine andere Anwendung, beispielsweise die LED-Messung, konfigurieren.

Herzstück des zugrundeliegende Array-Spektrometers »CAS 140CT« ist ein Crossed-Czerny-Turner-Spektrograph mit dem erwähnten hinterleuchteten CCD-Detektor. Die Spektrometer verfügen dadurch über eine vergleichsweise effiziente Streulichtunterdrückung, was sich in einer angemessenen Signaldynamik und Messgenauigkeit zeigt. Zugrunde liegt dem Array-Spektrometer ein integriertes Dichtefilterrad, das den Intensitätsmessbereich auf neun Dekaden ausdehnt. Damit lassen sich sowohl schwache Lichtquellen als auch hohe Strahlungsintensitäten vollautomatisch messen.

Luminanz und Farbe

Die schnelle ortsaufgelöste Erfassung von foto- und farbmetrischen Werten mit Hilfe von Leuchtdichte- und Farbmesskameras hat mit der Verbreitung der modernen Display-Techniken enorm an Bedeutung gewonnen. Gegenüber nicht ortsauflösenden Messgeräten wie Spektrometern bietet diese Technik diverse Vorteile. So erspart die simultane Erfassung einer Vielzahl von Messungen in nur einem Bild einiges an Messzeit. Darüber hinaus erlaubt die Art der erfassten Daten automatisierte Analysen per Bildverarbeitungssoftware, beispielsweise die Berechnung der Homogenität oder des Kontrastwertes.

Allerdings ist die absolute Messgenauigkeit von Leuchtdichte- und Farbmesskameras nicht so hoch wie von Spektralradiometern. Grund ist deren Funktionsprinzip mit CCD-Sensor und optischen Filtern, die nur mit einer bestimmten Präzision an die Augenempfindlichkeitsfunktion angepasst werden können.

Somit kommen Leuchtdichte- und Farbmesskameras vorzugsweise für die Messung der Leuchtdichte und Farbverteilung von Anzeigesymbolen und Bedienelementen im Automobil- und Avionikbereich, zur Messung von Homogenität, Kontrast, Mura und MTF (Modulations-Transferfunktion) von Displays sowie zur Bestimmung der Lichtstärkeverteilung von Lampen zum Einsatz.

Optimiert für diese Anwendungen hat Instrument Systems die Modellreihe »LumiCam«, einschließlich einer leistungsstarken Software, entwickelt. Unterschiedliche Auflösungen und Bildgrößen werden durch wechselbare Objektive abgedeckt.
Die beiden Modelle basieren auf Interline-CCDs mit elektronischen Shuttern. Die Vorteile gegenüber FFT-CCDs (Full-Frame-Transfer) mit mechanischem Shutter sind die größere Robustheit und das sehr geringe Blooming. Diese Eigenschaften ermöglichen einen Multi-Exposure-Betriebsmodus, bei dem mehrere Bilder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten aufgenommen und anschließend zu einem Gesamtbild zusammengeführt werden. Dadurch sind auch sehr große Unterschiede in der Leuchtdichte innerhalb eines Bildes präzise messbar.

Eine Frage des Blickwinkels

Für die Bestimmung der blickwinkelabhängigen Eigenschaften von Displays eignen sich die goniometrischen Messsysteme »DMS 201«, »DMS 505«, »DMS 803« und »DMS 903«. Das konoskopische Messsystem »ConoScope 80« bestimmt die Leuchtdichte- und Farbverteilung von Displays über die verschiedenen Blickrichtungen in nur einer einzigen Messung. Ein speziell entwickeltes Linsensystem projiziert das Licht, das der betrachtete Messfleck des Displays abstrahlt, auf eine CCD-Kamera mit 1024 x 1024 Pixel Auflösung. Dadurch entsteht ein Simultanbild der Richtungsverteilung von Leuchtdichte und Farbe, bei dem jedes Pixel einer Betrachtungsrichtung entspricht. Der Winkelbereich für die Messung beträgt ±80°. Durch die integrierte kollimierte Beleuchtung ermöglicht das In-strument außerdem eine schnelle und hochauflösende Analyse der Reflexionseigenschaften von Oberflächen (BRDF). Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Charakterisierung von auto-stereoskopischen 3-D-Displays.