LMK Reflection: Bildgebende, winkelaufgelöste Reflexionsmessung

LMK Reflection erfasst die vollständige winkelaufgelöste Reflexionsverteilung eines Displays in einer einzigen Aufnahme — und ersetzt aufwändige Spot-Meter- und Goniometer-Aufbauten durch eine schnelle, normkonforme Messung. Technisch kombiniert das LabSoft-Add-on eine Typ-II-kalibrierte LMK-Leuchtdichtemesskamera mit einem konoskopischen Objektiv, einem Algorithmus zur automatischen Orientierungs­erkennung und einer geometrischen Verarbeitung in das Koordinaten­system des Messobjekts (DUT).

Ein klassisches Spot Meter liefert pro Ausrichtung einen einzigen Integralwert für die ausgerichtete Blickrichtung. Mit goniometrischem Scannen lassen sich viele solcher Werte erzeugen, indem das Spot Meter bewegt wird — jeder Einzelwert erfordert dabei eine eigene Bewegung und Messsequenz, sodass ein vollständiger Scan typischerweise Minuten bis Stunden dauert. Hinzu kommt: Jeder Einzelwert ist weiterhin über das Messfeld des Spot Meters integriert (der Winkel, über den das Gerät mittelt), sodass auch bei sehr feiner Scan-Auflösung dieses Messfeld steile Reflexionspeaks glättet und die effektiv erreichbare Winkelauflösung begrenzt.

Eine bildgebende ILMD Typ II erfasst dagegen alle relevanten Blickrichtungen in einer einzigen Aufnahme (Sekunden) und ordnet jedem Sensorpixel einen deutlich kleineren Öffnungswinkel zu — die Winkelauflösung ergibt sich aus der optischen Auflösung und der Pixelgröße der Kamera und nicht aus einem integrierten Messspot. Das Ergebnis: umfassende Winkeldaten in einem Schritt, feinere Winkeldetails bleiben erhalten — und weil die vollständige Winkelverteilung in jeder Aufnahme sichtbar ist, sieht der Anwender direkt, wo die Ausrichtung kritisch ist (Regionen mit steilen Leuchtdichtegradienten) und wo sie unkritisch ist. Bei einer einzelnen Spot-Meter-Messung bleibt diese Information per Definition verborgen: eine Zone mit steilem Gradienten sieht aus wie eine flache, und man kann auf einem fehljustierten Peak sitzen, ohne es jemals zu bemerken.

Die einschlägigen Display-Reflexionsnormen (ISO 15008, IEC 62977-2-2, IDMS 1.3, ISO 9241-307) wurden ursprünglich für Spot-Meter-Messungen formuliert. Der bildgebende Ansatz ist mit deren Definitionen und Grenzwerten vollständig vereinbar — es werden dieselben Größen (spekulare, Haze- und Lambert'sche Reflexion) ausgewertet, jedoch mit deutlich reicherer Winkelinformation und geringerer Aufbaukomplexität. Im Detail:

• ISO 15008 – Lesbarkeit von Fahrer-Informationssystemen unter Umgebungslicht (Mindestkontrast 2:1, Geometrien CID 45°/20° und IC 25°/0°, 45 klx Zielbeleuchtungsstärke).
• IEC 62977-2-2 – Reflexionsmessungen an elektronischen Display-Modulen.
• IDMS 1.3, Kapitel 11.7.3 – International Display Metrology Standard (SID/ICDM).
• ISO 9241-307 – ergonomische Anforderungen an elektronische Bildschirmarbeitsplätze.

Eine ILMD Typ II ist sowohl photometrisch (V(λ)-angepasst) als auch geometrisch kalibriert: Jeder Sensorpixel ist eindeutig einer Richtung im Raum zugeordnet. Damit liefert die Kamera direkt die Leuchtdichte als Funktion der Blickrichtung — Voraussetzung für eine normkonforme CID/IC-Auswertung und für die Trennung der Reflexionsanteile über die volle Winkelverteilung. Die Typ-II-Kalibrierung ist auch für LMK-Color-Varianten verfügbar, sodass bei Bedarf reflektierte Farbe im selben Workflow ausgewertet werden kann.

Statt das Display mechanisch exakt zur Kamera auszurichten (was bei Goniometer- oder Spot-Meter-Verfahren nötig ist), wird ein gedrucktes oder dargestelltes Testmuster auf dem DUT angezeigt. Ein Algorithmus rekonstruiert daraus die geometrische Lage des DUT zur Kamera und transformiert das Messbild live in das sphärische Koordinatensystem des DUT. Das Verfahren minimiert den Justageaufwand, erlaubt einen einfachen Wechsel zwischen Messgeometrien (z. B. CID ↔ IC) und ist besonders wertvoll für Prototypen oder DUTs ohne standardisierte Halterungen — typische Situationen in der frühen Entwicklungsphase und im Automotive-Bereich.

Die bildgebende Methode wurde gegen klassische Referenzaufbauten kreuzvalidiert. Der LMK-basierte Workflow wurde mit 16 konventionellen Spot-Meter- und Goniometer-Referenzmessungen verglichen — sowohl für die spekulare als auch für die Lambert'sche Reflexionskomponente. Die bildgebenden Ergebnisse stimmen innerhalb der typischen Messunsicherheit mit den konventionellen Referenzwerten überein. Damit liefert der bildgebende Ansatz quantitativ gleichwertige Werte zu den etablierten Referenzverfahren — bei gleichzeitiger zusätzlicher Winkelinformation, die mit Spot-Meter-Integration nicht zugänglich ist.

Die vollständige Studie ist Open Access über die TU Darmstadt verfügbar.

LMK Reflection erfasst die vollständige winkelaufgelöste Reflexionsverteilung in einem einzigen Bild. Die klassischen Komponenten — spekular, Haze und Lambert'sch — werden anschließend im Post-Processing dieser Daten bewertet, beispielsweise mit der Annulus-Source-Methode aus unserer J-SID-Fallstudie, in der eine Lichtquelle mit variabler Annulus-Apertur die Anteile isoliert:

• Spekulare Komponente — spiegelnde Reflexion der Lichtquelle; abhängig von ihrer Leuchtdichte.
• Haze-Komponente — nahspekulare Streuung um den Glanzwinkel; abhängig von der Beleuchtungsstärke und der Winkelausdehnung der Lichtquelle.
• Lambert'sche Komponente — diffuser, isotroper Anteil; abhängig allein von der Beleuchtungsstärke.

Die hochaufgelösten Bilddaten machen außerdem die Beugungskomponente für die Auswertung zugänglich.

Die Pixel- und Subpixel-Anordnung eines Displays wirkt wie eine periodische Mikrostruktur. Trifft Umgebungslicht auf diese Struktur, wird es in diskrete Beugungsordnungen abgelenkt und erscheint als buntes, regenbogenartiges Muster heller Punkte außerhalb der direkten Reflexion (am leichtesten zu beobachten auf manchen OLED-Smartphones unter direktem Sonnenlicht). Das ist die Beugungskomponente der Reflexion. Untersuchungen mit einer Lichtquelle mit variabler Annulus-Apertur zeigen, dass dieser Anteil linear mit der Leuchtdichte der Lichtquelle skaliert und von deren Winkelausdehnung abhängt — er ist also bei kleinen, hellen Quellen (Sonne!) besonders relevant für Sichtbarkeit und Lesbarkeit. Mit einer ILMD Typ II + Konoskop wird die Beugungskomponente in einer einzigen Aufnahme orts- und richtungsaufgelöst erfasst — eine Information, die über die Integration eines Spot Meters kaum zugänglich ist.

Die ISO 15008 fordert für fahrerrelevante Displays einen Mindestkontrast von 2:1 unter direktem Sonnenlicht (45 klx, CID 45°/20° oder IC 25°/0°). LMK Reflection erfüllt die Messanforderungen mit einem deutlich schnelleren Setup als die Spot-Meter-Referenzmethode: Aufbau ohne Goniometer, automatische Transformation in das DUT-Koordinatensystem und ROI-basierte Auswertung im Sichtfeld des Fahrers. Die Methode wurde in einem Round-Robin-Versuch mit fünf Fahrzeugdisplays und mehreren Laboren validiert.

LMK Reflection ist verfügbar für die LMK-6-Serie (LMK 6-5, 6-12, 6-30) in Kombination mit dem Konoskop-Compact-Objektiv.

• Monochrome Varianten werden für normkonforme V(λ)-Leuchtdichtemessungen empfohlen.
• Color-(Filterrad-)Varianten ermöglichen zusätzlich die Bewertung reflektierter Farbe — relevant für die Charakterisierung von hochwertigen Display-Interieurs sowie für Beugungseffekte.

Bestehende LMK-6-Systeme lassen sich nachrüsten; bitte kontaktieren Sie uns.

Ja. Ein typisches Beispiel ist die Blendbewertung bei Photovoltaik-Anlagen (z. B. die Wiener Richtlinie MA 37 – 476239-2022, die kumulative Blendung auf < 30 h/Jahr an definierten Immissionspunkten begrenzt). Statt vollwinkliger BRDF-Scans mit Mehrachs-Goniometern reicht ein bildgebender Aufbau — einschließlich automatischer Ausrichtung über Testmuster und schnellem Wechsel zwischen Einfallswinkeln. Die winkelaufgelösten Falschfarbenbilder erlauben den objektiven Vergleich konventioneller und reflexionsoptimierter PV-Module.

Nein. Die Lichtquelle wird mit derselben LMK-Kamera über einen Lambert'schen Reflexionsstandard charakterisiert. Daraus wird die Beleuchtungsstärke an der DUT-Oberfläche abgeleitet — ein separates Beleuchtungsstärkemessgerät ist nicht zwingend erforderlich.

Die Methode wurde in einem Round-Robin-Versuch mit fünf Fahrzeugdisplays und mehreren Laboren validiert; alle teilnehmenden Labore nutzten unterschiedliche LMKs mit derselben Typ-II-Kalibrierung. Die hohe Reproduzierbarkeit beruht auf der Werkskalibrierung, der Algorithmus-basierten Orientierungserkennung und einer dokumentierten Workflow-Definition.

Der vollständige Workflow-Artikel ist Open Access im Information Display Magazine verfügbar.

Eine V(λ)-angepasste LMK Typ II deckt vier für Cover-Material relevante Standards ab — Sparkle, MTF, Reflexion und Umgebungslicht-Kontrast — durch Wechsel der Objektive und Konfiguration der Messgeometrie:

• IEC 62977-3-9 – Sparkle (Standard-Objektiv)
• IEC 62977-3-6 – MTF / Auflösungsvermögen (makroskopisches Objektiv)
• IEC 62977-2-1 – Reflexion (Konoskop-Objektiv)
• ISO 15008 – Kontrast unter Umgebungslicht (Konoskop-Objektiv)

Damit ersetzt eine Plattform mehrere dedizierte Messgeräte für die vollständige Charakterisierung von Display-Cover-Materialien (Anti-Glare-Schichten, AR-Coatings, strukturiertes Glas).