Evaluation zur Störung der Anzeigen von LCD-Bildschirmen durch die Beleuchtung

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1 Evaluation zur törung der Anzeigen von CD-Bildschirmen durch die Beleuchtung Bearbeiter: TU Ilmenau HAWK Hildesheim Fakultät Maschinenbau Fakultät Gestaltung Fachgebiet ichttechnik ighting Design Prof. Dr. sc. nat. Christoph chierz Prof. Dr.-Ing. Paul W. chmits Dr.-Ing. Cornelia Vandahl Ilmenau Hildesheim Prof.-chmidt-tr. 26 Kaiserstraße (3677) (5121) Auftraggeber: Gesetzliche Unfallversicherung VBG achgebiet Büro Deelbögenkamp Hamburg Ilmenau, März 212

2 Inhalt 1. Ziel Aufgabenstellung Reflexe auf Bildschirmoberflächen Messtechnische Bestimmung der Reflexionsgrade Gerichtete Komponente Diffuse Komponente Kontrastberechung nach DIN EN IO Anforderungen an euchten bei Virtualitätsdarstellung Anforderungen an die euchten bei Realitätsdarstellung Verwendete Bildschirme und Bildschirmeinstellungen Bildschirm B Bildschirm B Bildschirm B Versuchsaufbau Untersuchungen zur gerichteten Reflexion Untersuchungen zur gestreuten Reflexion Direkte Reflexion: Bewertungsergebnisse Median der Angaben für merkbar bzw. störend Median und Minimum der Angaben für merkbar bzw. störend Gestreute Reflexion: Bewertungsergebnisse Median der Angaben für merkbar und störend Median, Minimum und Maximum der Angaben für merkbar und störend

3 1. Gestreute Reflexion: Messung der Kontraste Textdarstellung Darstellung eines Fotos Gemessene Kontraste und Vergleich mit Probandenangaben Vergleich der Kontraste bei verschiedenen Beleuchtungsrichtungen Direkte Reflexion: euchtdichte und Kontrast euchtdichtemessung schwarzer Bildschirm, max euchtdichtemessung bei H = 115 cd/m 2, max euchtdichtemessung bei H = 115 cd/m 2, bei merkbar bzw. störend Kontraste bei piegelung von inie und Rechteck Vergleich der subjektiven mit den berechneten Werten Vergleich gerichtete Reflexion Vergleich bei gestreuter Reflexion Messung von Bildschirmfarben und Farbabständen Zusammenfassung und Empfehlungen für künftige Normen

4 1. Ziel Durch das Projekt sollen wissenschaftlich abgesicherte Ergebnisse gewonnen werden, für die Ableitung von: Zielstellungen für die Normung im Bereich "Bildschirmanforderungen" (z. B. DIN EN IO x) hinsichtlich der Robustheit von Bildschirmen gegen Umgebungslicht (Beleuchtungsstärken, euchtdichten); Zielstellungen für die Normung im Bereich Beleuchtung von Bildschirmarbeitsplätzen (z. B. DIN Beleuchtung mit künstlichem icht - Teil 7: Beleuchtung von Räumen mit Bildschirmarbeitsplätzen ) hinsichtlich maximaler euchtdichten von euchten; Empfehlungen für die Qualität von Bildschirmen und die Gestaltung der Beleuchtung an Bildschirmarbeitsplätzen für BG-Informationen (z. B. BGI 65 Bildschirmund Büroarbeitsplätze, BGI 856 "Beleuchtung im Büro"). 2. Aufgabenstellung Untersuchung der törung durch chleierleuchtdichte und piegelbilder bei der Variation von Parametern. Die Untersuchung wird auf der Basis von Urteilen durchgeführt. Ableitung von Zielstellungen für die Normung Die Untersuchungen werden gemeinsam von der TU Ilmenau und der HAWK Hildesheim durchgeführt 3. Reflexe auf Bildschirmoberflächen Reflexionen auf Bildschirmen führen im Allgemeinen zur Verringerung des Kontrastes auf dem Bildschirm. Der Ausgangskontrast eines Bildschirmes (ohne Beleuchtung) ist dabei wie folgt definiert: (1) C H Bei Positivdarstellung (schwarzes Zeichen auf hellem Hintergrund) entspricht H der Hintergrundleuchtdichte und der Zeichenleuchtdichte. In der Negativdarstellung ist es entsprechend umgekehrt (siehe Bild 1). Die messtechnische Bestimmung erfolgt, indem die euchtdichten im ein- und im ausgeschalteten Zustand (stromlos oder dunkelstes chwarz) gemessen werden. 4

5 Bild 1: euchtdichtedarstellung auf dem Bildschirm Bild 2: Gerichtete und diffuse Reflexion an der Bildschirmoberfläche Reflexionen an der Bildschirmoberfläche können gerichtet oder diffus erfolgen. Die euchtdichten der Reflexion überlagern sich den Ausgangsleuchtdichten und führen dann zur Kontrastreduktion. Die gerichtete Komponente kann über den Grad der gerichteten Reflexion ρ und die euchtdichte der sich spiegelnden euchte euchte beschrieben werden: (2) s euchte Die diffuse Komponente D lässt sich über den euchtdichtekoeffizient q und die auf dem Bildschirm herrschende Beleuchtungsstärke bestimmen. 5

6 (3) qe D Diesen kann man in den Grad der diffusen Reflexion ρ d umrechnen: (4) D q E D E d d q Im Allgemeinen treten beide Reflexionskomponenten gleichzeitig auf, was zu folgendem Kontrast führt: (5) CR H D D Bei Bildschirmen mit glänzender Oberfläche tritt fast ausschließlich gerichtete Reflexion auf. Bei matten Bildschirmoberflächen ist die gerichtete Komponenten jedoch nicht zu vernachlässigen, daher wird im folgenden nicht von diffuser sondern von gestreuter Reflexion gesprochen. 4. Messtechnische Bestimmung der Reflexionsgrade 4.1 Gerichtete Komponente aut DIN EN IO kann ρ als Verhältnis zwischen der euchtdichte des Reflexes und der euchtenleuchtdichte euchte ermittelt werden: (6) euchte Bei der Untersuchung wurden die Messwerte und euchte aus euchtdichtebildern entnommen. 4.2 Diffuse Komponente aut DIN EN IO kann ρ d als Verhältnis zwischen der euchtdichte des Reflexes D und der euchtdichte einer diffusen Fläche an der Bildschirmposition diff, multipliziert mit dem diffusen Reflexionsgrad ρ diff dieser Fläche angegeben werden: (7) d diff D diff Die Ermittlung erfolgte ebenfalls mir einer euchtdichtekamera. Als diffuse Fläche wurde ein weißes Papier mit einem diffusen Reflexionsgrad von ρ diff =,88 verwendet. Dieser Wert wurde mit Hilfe einer Messung von euchtdichte und Beleuchtungsstärke ermittelt. 6

7 5. Kontrastberechung nach DIN EN IO Anforderungen an euchten bei Virtualitätsdarstellung Nach DIN EN IO bestehen folgende Anforderungen an Bildschirme in Positivdarstellung. ie gelten sowohl für CRT als auch für CD Bildschirme: (8) H D D 2,2 4,84( D ),65 H D (9) 1, 25 H D daraus folgt: 1,25( ) ( ) euchte euchte H 4 D H D H D (1) CR H D,65 min 2,2 4,84( D ) D Für die gegebenen Bildschirme wurden für verschiedene ituationen die Anforderungen berechnet (Tabelle 1 und Tabelle 2). CR CR Tabelle 1: Zulässige maximale euchtenleuchtdichte euchte (gerundet) und minimale Kontraste CR min bei verschiedenen Bildschirmbeleuchtungsstärken E und Bildschirmhintergrundleuchtdichte H B1 B2 B3 E H euchte CR min in lx min euchte min euchte ,2 56 4,9 1 5, ,9 42 4,7 8 4, ,9 32 4,8 6 4, ,8 22 4,8 4 3, ,7 56 4,7 1 5, ,6 42 4,7 8 4, ,5 32 4,6 6 4, ,3 23 4,3 4 3, ,1 6 3,9 1 5, ,7 46 3,6 8 4, ,5 36 3,4 6 4, ,1 26 2,6 4 3,9 Tabelle 2: Zulässige Bildschirmbeleuchtungsstärken (gerundet) für euchte = cd/m 2 euchte B1 B2 B3 H E CR min E CR min E CR min in lx in lx in lx ,4 13 2, , , ,5 15 2, ,5 7 2,5 11 2, , ,6 65 2,6 7

8 5.2 Anforderungen an die euchten bei Realitätsdarstellung Nach DIN EN IO bestehen folgende Anforderungen an Bildschirme für Realitätsdarstellung. ie gelten sowohl für CRT als auch für CD Bildschirme: (11) H D D 6,7 44,89( D ),65 (12) CR H D,65 min 6,7 44,89( D ) D Für die gegebenen Bildschirme wurden für verschiedene ituationen die Anforderungen berechnet. CR CR Tabelle 3: Zulässige maximale euchtenleuchtdichte euchte (gerundet) und minimale Kontraste CR min bei verschiedenen Bildschirmbeleuchtungsstärken E und Bildschirmhintergrundleuchtdichte H * auch bei euchte = cd/m 2 Mindestkontrast nicht erzielbar B1 B2 B3 E H euchte CR min in lx min euchte min euchte , , , , ,4 5 18, ,8 5 21,4 * , ,8 * , , , , ,4 5 17, , ,4 * 8 * * * ,5 * 15 15, 15 * * * 19,4 115 * * * 8 * * * Tabelle 4: Zulässige Bildschirmbeleuchtungsstärken (gerundet bei euchte = cd/m 2 * auch bei E = lx Mindestkontrast nicht erzielbar euchte B1 B2 B3 H E CR min E CR min E C in lx in lx in lx , , , , ,5 4 18, , ,5 * 8 2 3, ,7 * 8

9 6. Verwendete Bildschirme und Bildschirmeinstellungen Für die Untersuchungen wurden die Bildschirme ausschließlich in Positivdarstellung betrieben. Den Testpersonen wurde ein Text (schwarze Zeichen mit auf hellem Hintergrund mit H ) präsentiert. Der weiße Hintergrund H wurde in 4 tufen variiert: 2, 15, 115 und 8 cd/m 2. Zusätzlich wurde ein Foto dargeboten. Mit ortsaufgelöster Messtechnik wurden für alle Bildschirme die Kontraste C ohne zusätzliche Beleuchtung vermessen. Zunächst wurde die euchtdichteverteilung für den schwarzen Bildschirm (entspricht ) und für alle untersuchten Bildschirmleuchtdichten bestimmt (entspricht H ). Daraus ergibt sich der Kontrast C an allen Punkten auf der Bildschirmoberfläche nach Gleichung (13): (13) C H Aus den Verteilungen wurden Minimalwert, Maximalwert und Mittelwert entnommen. 6.1 Bildschirm B1 Flachbildschirm mit mäßiger Entspiegelung (matte Oberfläche) Bilddiagonale 38,5 cm Tabelle 5: Kennzahlen des Bildschirmes B1 q /lx ρ d ρ s,92,29,42 Tabelle 6: Bildschirmleuchtdichten ohne Beleuchtung min,47 max 4,86 mittel 1,17 Tabelle 7: Bildschirmleuchtdichten H und Kontraste ohne Beleuchtung für die Textdarstellung H = 2 cd/m 2 H = 15 cd/m 2 H = 115 cd/m 2 H = 8 cd/m 2 H min H max H mittel C min C max C mittel Tabelle 8: Bildschirmleuchtdichten und Kontraste ohne Beleuchtung für das Foto Foto max 226, min 3,5 C 65, 9

10 6.2 Bildschirm B2 Flachbildschirm mit guter Entspiegelung (matte Oberfläche) Bilddiagonale 48 cm Tabelle 9: Kennzahlen des Bildschirmes B2 q /lx ρ d ρ s,15,33,89 Tabelle 1: Bildschirmleuchtdichten ohne Beleuchtung min,2 min,5 mittel,24 Tabelle 11: Bildschirmleuchtdichten und Kontraste ohne Beleuchtung H = 2 cd/m 2 H = 15 cd/m 2 H = 115 cd/m 2 H = 8 cd/m 2 H min H max H mittel C min C max C mittel Tabelle 12: Bildschirmleuchtdichten und Kontraste ohne Beleuchtung für das Foto Foto max 221, min 1,3 C 177, 6.3 Bildschirm B3 Hochglänzender Flachbildschirm Bilddiagonale 54.6 cm (21.5 Zoll) Tabelle 13: Kennzahlen desbildschirmes B3 q /lx ρ d ρ s,57,18,47 Tabelle 14: Bildschirmleuchtdichten ohne Beleuchtung min,2 min,77 mittel,32 1

11 Tabelle 15: Bildschirmleuchtdichten und Kontraste ohne Beleuchtung H = 2 cd/m 2 H = 15 cd/m 2 H = 115 cd/m 2 H = 8 cd/m 2 H min H max H mittel C min C max C mittel Tabelle 16: Bildschirmleuchtdichten und Kontraste ohne Beleuchtung für das Foto Foto max 23, min 1,8 C 129, 7. Versuchsaufbau 7.1 Untersuchungen zur gerichteten Reflexion Die Untersuchungen fanden im ichtlabor der HAWK Hildesheim, Kompetenzfeld ighting Design statt. Vor einer weiß verhängten Wand wurde der Arbeitstisch mit den drei Bildschirmen positioniert. Die Beleuchtung des Arbeitstisches wurde mit Hilfe von regelbaren Wandflutern und einer mobilen piegelrasterleuchte so optimiert, dass die folgenden Parameter während des gesamten Versuches stabil eingehalten werden konnten: Beleuchtungsstärke im Arbeitsbereich (Tisch und Bewegungszone): 5 lx (U >,65) euchtdichte auf der Wand hinter den Monitoren (bis zu einer Höhe von 2,2 m) 8 cd/m² Beleuchtungsstärke auf allen drei Bildschirmen < 25 lx Als törquellen befanden zwei euchten in 6 m Abstand so an einem Deckensystem, dass sich auf allen drei Bildschirmen mittig in der oberen Bildschirmhälfte für den Beobachter ein Reflexbild ergab. Die leuchtenden Flächen beider euchten wurden so modifiziert, dass sich in Richtung der Bildschirme und bezogen auf diese eine weitgehend gleichmäßig leuchtende Fläche mit einem Raumwinkel von sr ergab euchte 1: längliche Fläche von 1,45 m x 16 mm (im folgenden inien-euchte genannt) euchte 2: rechteckige Fläche von 3 mm x 78 mm (im folgende Rechteck- euchte genannt) Die inien-euchte wurde durch eine freistrahlende ichtleiste mit T16 euchtstofflampen- Bestückung realisiert. Um das euchtenumfeld bei der Dimmung stabil zu halten, wurde der rückwärtige ichtstrom durch schwarzes Blendenmaterial absorbiert. 11

12 Die Rechteck-euchte bestand aus einem tiefstrahlenden Rinnenstrahler mit T16 euchtstofflampen-bestückung dessen Austrittsfläche mit einer Diffusorscheibe abgedeckt war. Die ichtaustrittsfläche wurde auf die oben angegebene Größe durch eine Maskierung reduziert. Beide euchten konnten über eine DAI Anlage stufenlos zwischen 35 % und 1 % gedimmt werden. Die Untersuchung wurde mit 21 Testpersonen durchgeführt, die nacheinander die drei Bildschirme bewerteten. Die Testpersonen stellten ihre itzposition mit Hilfe eines höhenverstellbaren itzes jeweils so ein, dass das Reflexbild der törleuchten sich mittig in der oberen Bildschirmhälfte befand. Auf dem Bildschirm wurde dreimal ein Text mit schwarzen Zeichen auf unterschiedlichen Hintergrundleuchtdichten dargestellt (2 cd/m², 15 cd/m² und 115 cd/m²) sowie eine Fotografie. Nach kurzer Adaptationszeit wurde jeweils eine törquelle eingeschaltet und deren euchtdichte langsam solange erhöht, bis die Testpersonen den Reflexions-Effekt der törquelle als merkbar (bei den Bildschirmen B1 und B2) bzw. als störend (B3) empfanden. Bei den Monitoren B1 und B2 wurde das Urteil störend nicht untersucht, da bereits beim Vortest die 1 % Einstellung der törquellen als nicht störend empfunden wurde und höhere euchtdichten irrelevant sind. Aufgrund der hohen gerichteten Reflexion des B3 waren die piegelbilder der törquellen auch bereits bei der niedrigsten Dimmstellung sichtbar. Daher wurde hier auf das Urteil merkbar verzichtet. Bild 3: Fotos der Untersuchungen zur direkten Reflexion in Hildesheim 12

13 7.2 Untersuchungen zur gestreuten Reflexion Die Untersuchungen fanden in einem aborraum der TU Ilmenau, Fachgebiet ichttechnik statt. Der Raum war mit einem direkt abstrahlenden dimmbaren Deckensystem ausgestattet. Die drei Bildschirme wurden im Raum so positioniert, dass keine direkte Reflexion der euchten zustande kommen konnte. Die Beleuchtungsstärke, die mit dem Beleuchtungssystem maximal möglich war, betrug 14 lx in der Bildschirmebene. Vorversuche zeigten, dass die Beleuchtungsstärke nicht ausreichte, um vom Beobachter als merkbare Änderung wahrgenommen zu werden. Daher kam zusätzlich ein cheinwerfer zum Einsatz. Dieser strahlte unter 25 gegenüber der enkrechten auf den Bildschirm und führte nicht zu einer direkten Reflexion in Richtung des Beobachters. Mit dem cheinwerfer waren Beleuchtungsstärken bis zu 65 lx (Maximalwert auf der Fläche des Bildschirmes) möglich. Wenn im Folgenden Beleuchtungsstärken angegeben sind, handelt es sich immer um die maximalen Werte auf der Bildschirmfläche (entsprechend Bild 6), da davon ausgegangen wird, dass der Beobachter die größte törung innerhalb der Bildschirmoberfläche bewertete. Durch die Verwendung des cheinwerfers entspricht der gewählte Versuchsaufbau nicht den Mess- und Bewertungskriterien für eine diffuse Beleuchtung, die für die Festlegung zulässiger Beleuchtungsstärke gefordert wird. Andererseits sind im Innenraum Beleuchtungsstärken über 14 lx in der Bildschirmebene unrealistisch. Höhere Werte werden meist durch direkte onneneinstrahlung erreicht, die ähnlich gerichtet wie die cheinwerferbeleuchtung erfolgt. Um den Einfluss der ichtrichtung zu ermitteln, wurden für eine weitere Einstrahlrichtung (6 ) euchtdichten und Kontraste bestimmt. Bild 4: Fotos der Untersuchungen zur gestreuten Reflexion in Ilmenau 13

14 Bild 5: Raumbeleuchtung: Beleuchtungsstärkeverteilung in der Bildschirmebene (kala entspricht nur innerhalb der Bildschirmfläche den realen Messwerten) Bild 6: cheinwerferbeleuchtung: Beleuchtungsstärkeverteilung in der Bildschirmebene (kala entspricht nur innerhalb der Bildschirmfläche den realen Messwerten) Die Untersuchung fand mit 21 Testpersonen statt, die nacheinander die drei Bildschirme mit jeweils 4 euchtdichten H (2 cd/m², 15 cd/m², 115 cd/m² und 8 cd/m²) betrachteten. Auf dem Bildschirm wurde dabei der gleiche Text dargestellt, wie in den Untersuchungen zur direkten Reflexion. Während der Betrachtung des Bildschirmes wurde nur die Helligkeit des cheinwerfers langsam erhöht und die Probanden hatten anzugeben, wann sie eine Änderung bemerkten ( merkbar ) bzw. als störend empfanden ( störend ). Mit jeder Testperson wurde die Einstellung dreimal vorgenommen. Die drei Ergebnisse jeder Testperson wurden anschließend gemittelt. 14

15 8. Direkte Reflexion: Bewertungsergebnisse 8.1 Median der Angaben für merkbar bzw. störend In den folgenden Bildern ist der Median über alle 21 Versuchspersonen für die Angabe merkbar (B1 und B2) bzw. störend (B3) dargestellt. Die Werte der y-achse entsprechen der euchtdichte der sich spiegelnden euchte euchte. Es zeigt sich, dass bei allen Bildschirmen bei der Rechteck-euchte geringere euchten- euchtdichten als merkbar angegeben werden als bei der inien-euchte. Die Angabe ist von der Hintergrundleuchtdichte des Bildschirmes abhängig. Beim glänzenden B3 wurden bereits euchten-euchtdichten größer als 4 cd/m² als störend eingestuft. Eine Testperson fühlte sich bereits bei der niedrigsten angebotenen euchtdichte ( euchte < 15 cd/m²) gestört. Eine weitere Versuchsperson hingegen fühlte sich auch bei der höchsten realisierbaren euchtleuchtdichte nicht gestört. Hier zeigte sich auch eine Abhängigkeit der Bewertung von den Nutzergewohnheiten. Kritisch wird insbesondere die gute Erkennbarkeit des piegelbildes, unabhängig von der euchtdichte, gesehen. Rechteck-euchte inien-euchte 2 4 euchte in cd/m² B1 B2 B3 euchte in cd/m² B1 B2 B Foto Foto euchtdichte H euchtdichte H Bild 7: Median der Angabe für merkbar für B1 und B2, störend für B3 für die Recheck-euchte (links) und die inien-euchte (rechts) 15

16 8.2 Median und Minimum der Angaben für merkbar bzw. störend In den folgenden Bildern sind der Median und das Minimum über alle 21 Versuchspersonen für die Angabe merkbar bzw. störend dargestellt. Die Werte der y-achse entsprechen der euchtdichte der sich spiegelnden euchte euchte. B1 Rechteck-euchte B1 inien-euchte 16 4 euchte in cd/m² Med min euchte in cd/m² Med min Foto Foto euchtdichte H euchtdichte H Bild 8: Median und Minimum der Angabe für merkbar für B1 B2 Rechteck-euchte B2 inien-euchte 2 5 euchte in cd/m² Med min euchte in cd/m² Med min 115 Foto 115 Foto euchtdichte H euchtdichte H Bild 9: Median und Minimum der Angabe für merkbar für B2 B3 Rechteck-euchte B3 inien-euchte euchte in cd/m² Med min euchte in cd/m² Med min Foto euchtdichte H Foto euchtdichte H Bild 1: Median und Minimum der Angabe für störend für B3 16

17 9. Gestreute Reflexion: Bewertungsergebnisse 9.1 Median der Angaben für merkbar und störend In den folgenden Bildern ist der Median über alle 21 Versuchspersonen für die Angabe merkbar und störend dargestellt. Der Werte der y-achse entsprechen dem Maximalwert der Beleuchtungsstärke auf dem Bildschirm (Maximalwert gemäß Bild 6) merkbar störend Emax in lx 1 B1 B2 B3 Emax in lx 4 B1 B2 B Foto Foto euchtdichte H euchtdichte H Bild 11: Median der Angabe für merkbar und störend für alle Bildschirme merkbar störend Emax in lx 2 B1 B2 Emax in lx 6 B1 B Foto Foto euchtdichte H euchtdichte H Bild 12: Median der Angabe für merkbar und störend für B1 und B2, entspricht Bild 11 mit anderer kalierung der y-achse 17

18 9.2 Median, Minimum und Maximum der Angaben für merkbar und störend In den folgenden Bildern sind der Median sowie Minimum und Maximum über alle 21 Versuchspersonen für die Angabe merkbar und störend dargestellt. Der Werte der y-achse entsprechen dem Maximalwert der Beleuchtungsstärke auf dem Bildschirm (Maximalwert gemäß Bild 6). B1 merkbar B1 störend 7 3 Emax in lx Max Med Min Emax in lx Max Med Min Foto Foto euchtdichte H euchtdichte H Bild 13: Maximum, Median und Minimum der Angabe für merkbar und störend für B1 B2 merkbar B2 störend 35 8 Emax in lx Foto Max Med Min Emax in lx Foto Max Med Min euchtdichte H euchtdichte H Bild 14: Maximum, Median und Minimum der Angabe für merkbar und störend für B2 B3 merkbar B3 störend 4 6 Emax in lx Max Med Min Emax in lx Max Med Min Foto Foto euchtdichte H euchtdichte H Bild 15: Maximum, Median und Minimum der Angabe für merkbar und störend für B3 18

19 1. Gestreute Reflexion: Messung der Kontraste 1.1 Textdarstellung Alle Bildschirme wurden mit ortsaufgelöster Messtechnik vermessen. Zunächst wurde die euchtdichteverteilung für den schwarz-getasteten Bildschirm (entspricht + D ) und für alle untersuchten Bildschirmleuchtdichten bestimmt (entspricht H + D ). Daraus wurde der Kontrast an allen Punkten auf der Bildschirmoberfläche wie folgt berechnet: (14) C H D D Dargestellt ist das Beispiel B2 mit einer maximalen Beleuchtungsstärke von 3554 lx (maximale Beleuchtungsstärke des Raumes auf der Bildschirmoberfläche 1993 lx und cheinwerferbeleuchtung). Bild 16: euchteverteilung + D (schwarzer Bildschirm) Bild 17: H + D bei H = 2 cd/m 2 Bild 18: H + D bei H = 15 cd/m 2 19

20 Bild 19: H + D bei H = 115 cd/m 2 Bild 2: H + D bei H = 8 cd/m 2 Bild 21: Kontrast für H = 2 cd/m 2 Bild 22: Kontrast für H = 15 cd/m 2 Bild 23: Kontrast für H = 115 cd/m 2 Bild 24: Kontrast für H = 8 cd/m 2 2

21 1.2 Darstellung eines Fotos Hier wurde die euchtdichteverteilung innerhalb der Fläche aus dem Minimalwert und dem Maximalwert berechnet. Das ist allerdings nicht der Kontrast, den der Betrachter wahrnimmt, da diese beiden Punkte weit auseinander liegen können. Zudem könnte es sich dabei um einzelne Pixel handeln, die völlig irrelevant sind. Bild 25: euchtdichteverteilung des Fotos 1.3 Gemessene Kontraste und Vergleich mit Probandenangaben In den folgenden Bildern sind die gemessenen minimalen Kontraste in Abhängigkeit von der maximalen Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmebene dargestellt. Das heißt, es wurden aus den Kontrastverteilungen (Kapitel 1.1) innerhalb der Bildschirmfläche der Minimalwert verwendet. Auf der rechten eite ist zusätzlich der von den Probanden als merkbar festgestellte Einstellwert der maximalen Beleuchtungsstärke gekennzeichnet. Mit einer roten inie ist der Kontrast von 3 gekennzeichnet, der früher in DIN EN IO als Grenzwert angesehen wurde. In Tabelle 1 und Tabelle 2 sind die Mindestwerte nach DIN EN IO differenzierter dargestellt. ie liegen dort im Bereich 2,4 bis 5,2. Hier liegen die Kontraste in Bereichen nach Tabelle 17. Tabelle 17: gemessene Kontrast bei der Einstellung merkbar B1 2 bis 3 B2 2,7 bis 8 B3 4,5 bis 8 Die Kontraste beim Foto sind aufgrund der abweichenden Kontrastbestimmung nicht vergleichbar. 21

22 B1 Kontraste B1 Kontraste (merkbare Änderung) Kontrast 7 6 euchtdichte Foto E max in lx Kontrast euchtdichte Foto E max in lx Bild 26: links: Minimaler gemessener Kontrast in Abhängigkeit von der maximalen Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmoberfläche B1 bei der Bewertung merkbar, rechts: gleiche Darstellung, die senkrechten inien kennzeichnen den Median der subjektiven Einstellungen B2 Kontraste B2 Kontraste (merkbare Änderung) 6 1 Kontrast euchtdichte Foto Kontrast euchtdichte Foto E max in lx E max in lx Bild 27: links: Minimaler gemessener Kontrast in Abhängigkeit von der maximalen Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmoberfläche B2 bei der Bewertung merkbar, rechts: gleiche Darstellung, die senkrechten inien kennzeichnen den Median der subjektiven Einstellungen B3 Kontraste B3 Kontraste (merkbare Änderung) Kontrast 25 euchtdichte Foto E max in lx Kontrast 2 18 euchtdichte Foto E max in lx Bild 28: links: Minimaler gemessener Kontrast in Abhängigkeit von der maximalen Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmoberfläche B3 bei der Bewertung merkbar, rechts: gleiche Darstellung, die senkrechten inien kennzeichnen den Median der subjektiven Einstellungen 22

23 1.4 Vergleich der Kontraste bei verschiedenen Beleuchtungsrichtungen Um den Einfluss der Einstrahlrichtung zu bestimmen, wurden weitere Kontrastmessungen bei einer Einstrahlrichtung des cheinwerfers von 6 durchgeführt. Es zeigt sich, dass bei den matten Oberflächen bei gleicher Beleuchtungsstärke höhere Kontraste erzielt werden. Dass heißt, hier würden bei subjektiven Befragungen höhere zulässige Beleuchtungsstärken ermittelt werden. Beim hochglänzenden B3 hingegen bleiben die Kontraste nahezu unabhängig von der Einfallsrichtung. B1 Raumbeleuchtung + cheinwerfer 25 B1 Raumbeleuchtung + cheinwerfer Kontrast euchtdichte Kontrast euchtdichte E max in lx E max in lx Bild 29: Minimaler Kontrast in Abhängigkeit von der maximalen Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmoberfläche B1 bei der Bewertung merkbar, links: Einstrahlung unter 25 (gleich Darstellung wie in Kapitel 1.3), rechts: Einstrahlung unter 6 B2 Raumbeleuchtung + cheinwerfer 25 B2 Raumbeleuchtung + cheinwerfer euchtdichte 8 euchtdichte Kontrast Kontrast E max in lx E max in lx Bild 3: Minimaler Kontrast in Abhängigkeit von der maximalen Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmoberfläche B2 bei der Bewertung merkbar, links: Einstrahlung unter 25 (gleich Darstellung wie in Kapitel 1.3), rechts: Einstrahlung unter 6 23

24 B3 cheinwerfer 25 B3 cheinwerfer euchtdichte euchtdichte Kontrast Kontrast E max in lx E max in lx Bild 31: Minimaler Kontrast in Abhängigkeit von der maximalen Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmoberfläche B3 bei der Bewertung merkbar, links: Einstrahlung unter 25 (gleich Darstellung wie in Kapitel 1.3), rechts: Einstrahlung unter 6 24

25 11. Direkte Reflexion: euchtdichte und Kontrast 11.1 euchtdichtemessung schwarzer Bildschirm, max Bild 32: B1, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), maximale euchtdichte der euchte euchte Bild 33: B2, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), maximale euchtdichte der euchte euchte Bild 34: B3, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), maximale euchtdichte der euchte euchte 25

26 11.2 euchtdichtemessung bei H = 115 cd/m 2, max Bild 35: B1, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), maximale euchtdichte der euchte euchte Bild 36: B2, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), maximale euchtdichte der euchte euchte Bild 37: B3, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), maximale euchtdichte der euchte euchte 26

27 11.3 euchtdichtemessung bei H = 115 cd/m 2, bei merkbar bzw. störend Bild 38: B1, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), euchte entspricht merkbar Bild 39: B2, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), euchte entspricht merkbar Bild 4: B3, Reflex von Rechteck-euchte (links) und inien-euchte (rechts), euchte entspricht störend 27

28 11.4 Kontraste bei piegelung von inie und Rechteck Aus den euchtdichtebildern wurde durch Differenzbildung der Bilder mit und ohne Reflex die maximale gerichtet reflektierte euchtdichte ermittelt und daraus der Kontrast berechnet: (15) C H Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen dargestellt. ie liegen bei den matten Bildschirmen B1 und B2 für die Textdarstellung erwartungsgemäß im Bereich von 2,5 bis 6,8. Für die Darstellung des Fotos werden höhere Kontraste gefordert. Beim hochglänzenden B3 ergeben sich Kontraste, die nur geringfügig über 1 liegen. Hier haben die Testpersonen wahrscheinlich durch Kopfbewegung vermieden, die geringen Kontraste im ehfeld zu haben, zumal der Bereich relativ klein ist. B1, inien-euchte Tabelle 18: euchte bei merkbar (Median und Minimum) und zugehöriger Kontrast für B1 H euchte bei merkbar Kontrast euchte bei merkbar Kontrast (Median) (Minimum) , , , , , ,8 Foto , ,2 B1, Rechteck-euchte Tabelle 19: euchte bei merkbar (Median und Minimum) und zugehöriger Kontrast für B1 H euchte bei merkbar Kontrast euchte bei merkbar Kontrast (Median) (Minimum) , , , , , ,8 Foto , ,4 28

29 B2, inien-euchte Tabelle 2: euchte bei merkbar (Median und Minimum) und zugehöriger Kontrast für B2 H euchte bei merkbar Kontrast euchte bei merkbar Kontrast (Median) (Minimum) , ,8 Foto , ,6 B2, Rechteck-euchte Tabelle 21: euchte bei merkbar (Median und Minimum) und zugehöriger Kontrast für B2 H euchte bei merkbar Kontrast euchte bei merkbar Kontrast (Median) (Minimum) , ,4 Foto , ,4 B3, inien-euchte Tabelle 22: euchte bei störend (Median und Minimum) und zugehöriger Kontrast für B3 H euchte bei störend Kontrast euchte bei störend Kontrast (Median) (Minimum) , , , , , ,15 Foto , ,24 B3, Rechteck-euchte Tabelle 23: euchte bei störend (Median und Minimum) und zugehöriger Kontrast für B3 H euchte bei störend Kontrast euchte bei störend Kontrast (Median) (Minimum) , , , , , ,13 Foto 4 6 1, ,26 29

30 12. Vergleich der subjektiven mit den berechneten Werten 12.1 Vergleich bei gerichteter Reflexion Es liegen die Daten der Rechteck-euchte zugrunde. Tabelle 24: Vergleich der berechneten zulässigen Werte für die euchtdichte euchte mit den subjektiven Angaben merkbar (B1 und B2) bzw. störend (B3) der Probanden bei gerichteter Reflexion B1 B2 B3 H euchte berechnet euchte subjektiv euchte berechnet euchte subjektiv euchte berechnet euchte subjektiv Foto Bei den matten Bildschirmen B1 und B2 liegen berechnete und subjektiv ermittelte Werte in der gleichen Größenordnung. Die vorausberechnete starke Abhängigkeit von der Bildschirmleuchtedichte H wurde subjektiv nicht festgestellt. Für den glänzenden Bildschirm B3 zeigen sich große Unterschiede zwischen den Werten da hier das Urteil störend herangezogen wurde. Die subjektiv ermittelten zulässigen euchten-euchtdichten sind daher deutlich größer als berechnet Vergleich bei gestreuter Reflexion Tabelle 25: Vergleich der berechneten zulässigen Werte für die Beleuchtungsstärke mit den subjektiven Angaben merkbar der Probanden bei gestreuter Reflexion B1 B2 B3 H E berechnet in lx E subjektiv in lx E berechnet in lx E subjektiv in lx E berechnet in lx E subjektiv in lx Foto Für alle drei Bildschirme sind die subjektiv ermittelten zulässigen Beleuchtungsstärken in der Bildschirmebene niedriger als die berechneten. Allerdings liegen diese alle deutlich oberhalb realistischer Vertikalbeleuchtungsstärken im Innenraum. ediglich direkte onneneinstrahlung könnte problematisch werden. 3

31 13. Messung von Bildschirmfarben und Farbabständen Zur Erkennung der Farbcodierung von Bildschirmen wird nach DIN EN IO ein Farbabstand von E * uv 2 gefordert. Dieser muss auch unter einer gegebenen Beleuchtung erreicht werden. In der Norm wird empfohlen, die Bildschirmfarben R, G und B einzeln und in Kombination jeweils mit 1 % und mit 75 % anzusteuern. Ansteuerwerte von 5% sollten die Anforderung erfüllen. Der Farbabstand berechnet sich wie folgt: (14) E * * 2 * 2 * 2 uv ( ) ( u ) ( v ) u v * * * 116 * 13 (u' u' 13 * Y Y w 1/ 3 (v' v' 16 w w ) ) Y... euchtdichte der Y u', v'... Farbkorrdinaten der Farbe u' w w... euchtdichte des, v' w Farbe Weißpunkte s... Farbkorrdinaten des Weißpunkte s Mit dem pektralmessgerät Jeti 11 wurden für den Bildschirm B2 die Farbkoordinaten u und v für alle Farben gemäß Bild 41 für den dunklen Raum und für Beleuchtungsstärken von 1 lx und 3 lx in der Bildschirmebene gemessen und daraus gemäß den angegebenen Formeln die Farbabstände zwischen allen Farben ermittelt. Als Weißpunkt wurde das Weiß der jeweiligen Mess-ituation verwendet. Die Messergebnisse sind in den Tabellen 26 bis 28 dargestellt. Im Dunkelraum sind alle Farbabstände größer als 2. Der kleinste Wert liegt bei 22 für die unbunte Kombination Weiß-Grau75. Die Farbkombination mit dem kleinsten Abstand (26) ist Cyan1-Cyan75. ubjektiv erscheint dieser Abstand aber nicht kritisch. Die Beleuchtungsstärke von 1 lx in der Bildschirmebene ändert an den Messergebnissen nichts Wesentliches. Bei 3 lx in der Bildschirmebene liegen einige Farbabstände zu Grau75 und nahezu alle zu Grau5 unter 2. Hier handelt es sich jedoch immer um eine Kombination mit Unbunt. Die ausschließlich bunten Kombinationen für die 1 % und die 75 % Ansteuerungen haben ausreichend große Farbabstände. Farben mit 5 % Ansteuerung haben mehrheitlich Farbabstände unter 2. aut Norm sind hier Farbabstände größer 2 lediglich wünschenswert, jedoch nicht erforderlich. Die subjektive Einschätzung durch den Versuchsleiter zeigte, dass in diesen Fällen die Unterscheidung schwierig oder nicht mehr möglich ist. 31

32 Rot1 Rot75 Rot Grün1 Grün75 Grün Blau1 Blau75 Blau Gelb1 Gelb75 Gelb Magenta1 Magenta75 Magenta Cyan1 Cyan75 Cyan Weiß1 Grau75 Grau5 chwarz Bild 41: Bildschirmfarben zur Ermittlung der Farbabstände 32

33 Tabelle 26: Berechnete Farbabstände für Bildschirm B2 ohne zusätzliche Beleuchtung E = lx rot1 grün1 blau1 gelb1 magenta1 cyan1 grau75 rot75 grün75 blau75 rot grün blau gelb magenta cyan grau rot grün blau gelb magenta cyan grau rot grün blau gelb magenta cyan schwarz 98 weiß gelb75 magenta75 cyan75 grau5 rot5 grün5 blau5 gelb5 magenta5 cyan75 schwarz weiß 33

34 Tabelle 27: Berechnete Farbabstände für Bildschirm B2 mit 1 lx in der Bildschirmebene E = 1 lx in der Bildschirmebene rot1 grün1 blau1 gelb1 magenta1 cyan1 grau75 rot75 grün75 blau75 rot grün blau gelb magenta cyan grau rot grün blau gelb magenta cyan grau rot grün blau gelb magenta cyan schwarz 73 weiß gelb75 magenta75 cyan75 grau5 rot5 grün5 blau5 gelb5 magenta5 cyan75 schwarz weiß 34

35 Tabelle 28: Berechnete Farbabstände für Bildschirm B2 mit 3 lx in der Bildschirmebene E = 3 lx in der Bildschirmebene rot1 grün1 blau1 gelb1 magenta1 cyan1 grau75 rot75 grün75 blau75 gelb75 magenta75 cyan75 grau5 rot5 grün5 blau5 gelb5 magenta5 cyan75 schwarz weiß rot grün blau gelb magenta cyan grau rot grün blau gelb magenta cyan grau rot grün blau gelb magenta cyan schwarz 46 weiß 35

36 14. Zusammenfassung und Empfehlungen für künftige Normen In der tudie wurden 2 Bildschirme mit matter Oberfläche und ein hochglänzender Bildschirm hinsichtlich ihrer Reflexionen und deren törwirkung auf den Nutzer untersucht. Dabei wurden sowohl die euchtdichte der sich spiegelnden ichtquelle als auch die diffuse Raumbeleuchtung variiert. Die Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmoberfläche wurde weiterhin mit einer gerichteten, jedoch nicht in Beobachterrichtung gespiegelten Beleuchtung realisiert. Damit waren Beleuchtungsstärken bis 65 lx erzielbar. Bei der Untersuchung stellte sich heraus, dass bei den entspiegelten Bildschirmen der gerichtete Anteil der Reflexion sehr klein ist. Erst gerichtete Reflexionen mit euchtdichte- Werten euchte > 1 cd/m² wurden als merkbar beurteilt. euchten mit so hohen euchtdichten oberhalb des Ausstrahlungswinkels γ = 65 führen aber mit icherheit zu UGR-Werten größer 19 und dürfen daher in Büros und vergleichbaren Bildschirmarbeitsplätzen nicht eingesetzt werden. Bei zukünftigen Empfehlungen und Vorschriften kann daher für den Bildschirm-Typ entspiegelter Flachbildschirm im bürotypischen Einsatz (Positiv-Zeichen-Darstellung) auf eine Begrenzung der euchtdichte von euchten in typischer Büroumgebung verzichtet werden, wenn die Begrenzung der Direktblendung eingehalten wird. Bei dem hochglänzenden Bildschirmtyp wurden bereits euchten-euchtdichten größer als 4 cd/m² als störend eingestuft. Eine Testperson fühlte sich bereits bei der niedrigsten angebotenen euchtdichte ( euchte < 15 cd/m²) gestört. Eine weitere Versuchsperson hingegen fühlte sich auch bei der höchsten realisierbaren euchtenleuchtdichte nicht gestört. Dies kann als Hinweis betrachtet werden, dass als zusätzliche Einflussgröße auf das Urteil die Haltung zu dem Produkt eine Rolle spielen könnte. Bei dem hochglänzenden Bildschirmtyp scheint weniger die Höhe der euchtdichte für die Bewertung störend relevant zu sein als vielmehr die gute Erkennbarkeit des piegelbildes (unabhängig von der euchtdichte) und die damit verbundene ablenkende Information. Hochglänzend spiegelnde Bildschirme sollten daher beim bürotypischen Einsatz nicht verwendet werden. Bei der Untersuchung der gestreuten Reflexion wurden bei keinem Bildschirm mit Beleuchtungsstärke auf der Bildschirmfläche E < 15 lx ichtschleier als merkbar eingestuft. Bei Beleuchtungsstärken ab 3 lx wurden die ichtschleier als störend empfunden. Diese Beleuchtungsstärken sind im Büroraum höchstens durch das Tageslicht in Fensternähe erreichbar. Mit der künstlichen Beleuchtung wären diese Werte mit horizontalen Beleuchtungsstärken über 3 lx verbunden. Diese Werte dürften schon aus energetischen Gründen kaum zum Einsatz kommen. Die mittlere horizontale Beleuchtungsstärke für die künstliche Beleuchtung am Büro- Arbeitsplatz dürfte zu keiner Zeit 15 lx überschreiten, die Beleuchtungsstärke auf einem bis maximal 45 geneigten Bildschirm betrüge dann höchstens 1 lx. Mit den kritischeren Bedingungen für törung durch gestreute Reflexion ist bei Tageslicht zu rechnen. Typische Beleuchtungsstärke-Werte auf Bildschirmen, die zu fensternahen Arbeitsplätzen (ohne direkte onneneinstrahlung) gehören und parallel zu den eiten- Wandflächen ausgerichtet sind, dürften in diesem Fall 3 lx nicht überschreiten. Zur Vermeidung von törungen auf entspiegelten Bildschirmen durch gerichtete wie auch durch gestreute Reflexion im Zusammenhang mit Büroarbeit bei Tageslicht und künstli- 36

37 cher Beleuchtung ist eine Beschränkung der Beleuchtungsstärke auf 3 lx sowie die Einhaltung der Blendungsbegrenzung UGR 19 ausreichend. Zur Erkennung der Farbcodierung von Bildschirmen wird nach DIN EN IO ein Farbabstand von E * uv 2 gefordert. Dieser muss auch unter einer gegebenen Beleuchtung erreicht werden. Für ausgewählte Testfarben wurden bei 1 lx und bei 3 lx in der Bildschirmebene die Farbabstände der Farben untereinander gemessen. Bei 1 lx entsprachen alle Farbabstände der Anforderung und lagen über 2. Bei 3 lx in der Bildschirmebene ergaben sich bei dunkleren Farben mehrheitlich Farbabstände unter 2. Die subjektive Einschätzung durch den Versuchsleiter zeigte, dass in diesen Fällen die Unterscheidung schwierig oder nicht mehr möglich war. Daraus ist abzuleiten, dass Bildschirme für eine vorgesehene Bildschirmbeleuchtungsstärke von mindestens 15 ux bis 2 ux ausgelegt sein sollten. In der Norm DIN EN :211-8 sind für euchten, die sich in Bildschirmen spiegeln können, Grenzleuchtdichten festgelegt. Für Büroarbeit (d. h. Zeichen in Positivkontrast) beträgt für Bildschirmleuchtdichten unter 2 cd/m 2 diese Grenzleuchtdichte 15 cd/m 2. Die Untersuchung hat gezeigt, dass für moderne Bildschirme diese Begrenzung nicht mehr notwendig ist. Vielmehr sind auch für diese Bildschirme Grenzleuchtdichten von 3 cd/m 2 als unkritisch anzusehen, die nach DIN EN nur für Bildschirmleuchtdichten ab 2 cd/m 2 zugelassen sind. Der Anwender hat damit die Möglichkeit, nach dem aktuellen tand der Technik zu planen. 37