Labsphere Flicker Meter

Was ist Flicker?

Flickern wird als zeitliche Schwankung der Lichtintensität definiert und ist in unterschiedlichem Ausmaß ein Merkmal jeder Lichtquelle oder jedes Displays. Eine Lampe, die direkt vom Stromnetz betrieben wird, leidet unter einer Wechselstromstörung. Beispiele hierfür sind Glühlampen und Leuchtstofflampen, vor allem, wenn letztere mit altmodischen magnetischen Vorschaltgeräten ausgestattet sind. Auch Bildschirme flackern mit einer Frequenz, die von ihrer Bildwiederholfrequenz abhängt.

Selbst bei LEDs kann das Flimmern erstaunlich hoch sein, obwohl sie mit Gleichstrom betrieben werden. Moderne Halbleiterlichtquellen haben eine viel kürzere Reaktionszeit als herkömmliche Glühlampen. Dies macht LED-basierte Beleuchtungsprodukte anfälliger für Netzflimmern. Außerdem wird häufig eine schnelle zeitliche Modulation von LED-Lichtquellen durch Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet, zum Beispiel beim Dimmen.

Zeitliche Lichtmodulation wird sichtbar, wenn die Modulationsfrequenz unter einer bestimmten Frequenz liegt. Oberhalb dieser Schwelle erscheint ein intermittierender Lichtreiz als Dauerzustand. Diese sichtbare Lichtmodulation wird als Lichtflimmern oder einfach als Flimmern bezeichnet. Die Frequenz, unterhalb derer Lichtflimmern auftritt, ist von Fall zu Fall unterschiedlich, liegt aber normalerweise zwischen 60 und 400 Hz.

Flimmern kann sowohl unsichtbar als auch harmlos sein, aber abhängig von der Flimmerfrequenz und der Tiefe der Modulation kann Flimmern manchmal eine ernsthafte Gefahr an Arbeitsplätzen und anderswo darstellen. Eine sich drehende Maschine kann statisch erscheinen, wenn sie von einer Lampe beleuchtet wird, die mit der falschen Frequenz und Modulationstiefe flimmert. Darüber hinaus wird Flimmern mit verschiedenen gesundheitlichen Problemen in Verbindung gebracht, insbesondere für Personen, die unter lichtempfindlicher Epilepsie leiden. Flimmern kann auch zu einer Überanstrengung der Augen und zu Kopfschmerzen führen und Migräne auslösen.

Wie wird Flicker gemessen?

Flicker wird mit einer schnellen Photodiode oder einem Photometer gemessen. Ein Spektrometer eignet sich normalerweise nicht für Flickermessungen, da es eine geringere Bandbreite hat. Es gibt mehrere Messverfahren, um den Grad des Flimmerns in einem Display oder einer Lichtquelle zu quantifizieren.

Ab dem 1. September 2021 schreibt die Europäische Union vor, dass der Flimmerpegel von Leuchten gemessen und gemeldet werden muss. Die Verordnung (EU) 2019/2020 der Kommission vom 1. Oktober 2019 nimmt darauf Bezug. Die von der EU-Verordnung vorgeschriebenen Flickermesswerte sind SVM und PstLM, die im Folgenden näher beschrieben werden.

Was sind die Flickermetriken für Beleuchtungsprodukte?

Flicker Frequenz (Hz)

Beschreibt die Wiederholungsgeschwindigkeit der Lichtintensitätsänderung. Die Frequenz hängt nicht von der Form der Wellenform ab. Die Flimmerfrequenz wird in Hertz (Hz) angegeben, dem Kehrwert der Zeitspanne eines Zyklus.
Prozentualer Flicker

Der prozentuale Flicker, der auch als Modulationsindex bezeichnet wird, hängt ebenfalls nicht von der Wellenform ab und wird auf der Grundlage der Intensitätsmaxima (A) und -minima (B) in der Wellenform nach der folgenden Formel errechnet:
Prozentualer Flicker = (A-B)/(A+B)*100%

Dies wird im folgenden Diagramm dargestellt. Der prozentuale Flicker variiert von 0% (kein Flicker) bis 100%.

Flicker-Index
Die Flicker-Index-Metrik berücksichtigt die Form der Wellenform, wie unten dargestellt. Er vergleicht den Bereich in einem Zyklus über der durchschnittlichen Lichtleistung mit dem darunter liegenden Bereich gemäß der folgenden Formel:
Flicker-Index = Fläche 1/ (Fläche 1 + Fläche 2)
In der IEEE-Publikation 1789-2015 wird Flicker anhand des prozentualen Anteils und der Häufigkeit in drei Kategorien eingeteilt: kein beobachtbarer Effekt (NOEL, im Diagramm unten grün schattiert); geringes Risiko (gelb schattiert); und Risiko (rot schattiert).

Messung der Sichtbarkeit des Stroboskopeffekts (SVM)

Das SVM misst die Sichtbarkeit von Flimmern.

Das Stroboskopische Sichtbarkeitsmaß (SVM) berücksichtigt die Auswirkung auf das Erscheinungsbild von sich bewegenden Objekten, wenn diese mit flackerndem Licht bei bis zu 2 kHz beleuchtet werden. Es gilt für Beleuchtungsstärken von mehr als 100 Lux und für Bewegungsgeschwindigkeiten, die denen einer typischen Handbewegung entsprechen. Eine ausführliche Beschreibung von SVM findet sich in der technischen Notiz TN006 der CIE und in IEC TR 63158. Bei SVM<1 ist Flimmern nicht sichtbar, bei SVM=1 ist Flimmern gerade noch sichtbar und bei SVM>1 ist Flimmern sichtbar.

Kurzzeit-Wahrnehmbarkeit von Lichtmodulation (PstLM)

PstLM misst ebenfalls die Sichtbarkeit von Lichtflimmern. Höhere PstLM-Werte bedeuten mehr sichtbares Flimmern.
Die Verordnung (EU) 2019/2020 der Kommission vom 1. Oktober 2019 und die IEC TR 63158 haben die Kriterien für das Bestehen von SVM und PstLM festgelegt. Der maximal zulässige Wert beträgt 0,4 für SVM und 1 für PstLM, gemessen bei Volllast (außer für HID-Quellen, wenn der verwendete Lichtstrom mehr als 4.000 Lumen beträgt, und für Lichtquellen, die für den Einsatz im Außenbereich, in der Industrie oder in anderen Anwendungen bestimmt sind, in denen die Beleuchtungsnormen einen CRI<80 zulassen).

Was sind die Flicker-Metriken für Display-Produkte?

Die beiden gebräuchlichsten Messgrößen für das von einem Bildschirm erzeugte Flickern sind das Kontrastflickern und das nach der JEITA-Methode gemessene Flickern.

Kontrast-Flickern

Im Allgemeinen wird Flimmern für jede Quelle – Anzeige oder Lampe – als das Verhältnis der Größe einer Wechselstromstörung im Vergleich zum Gleichstrom- oder mittleren Signal in der gemessenen zeitlichen Leuchtdichtekurve bestimmt. Das Kontrastflimmern für ein Display wird wie folgt berechnet:

Kontrastflimmern = (max-min)/Mittelwert*100% (%)

Kontrastflimmern = 10 log10 (max-min)/Durchschnitt (dB)

JEITA-Methode

Die Japan Electronics and Information Technology Industries Association (JEITA) veröffentlicht eine Flickermessung für LCD-Displays. Die JEITA-Berechnung basiert auf einer Berechnung im Frequenzbereich und verwendet eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), um sowohl die AC- als auch die DC-Pegel der gemessenen Luminanzwellenform zu bestimmen und das Signal in eine FFT zu übersetzen. Dabei wird die Frequenzkomponente der Fluktuation analysiert und der Flicker aus dem Verhältnis der Gleichstrom- und der maximalen Wechselstromkomponente bei bis zu 60 Hz bestimmt. Ein Gewichtungsfaktor wird angewendet, um die Frequenzempfindlichkeit des menschlichen Sehsystems zu berücksichtigen.

Wir definieren P0 als den DC-Pegel und P1 als das kleinste erkennbare AC-Signal im Frequenzraum. Pr0 und Pr1 sind die oben genannten Werte, skaliert auf die Frequenzempfindlichkeit des menschlichen Auges.

Der JEITA-Flicker wird also wie folgt berechnet:

FlickerJEITA = 20 log10 (Pr1/Pr0) (dB)

VESA-Methode

Die VESA-Methode (ehemals Video Electronics Standards Association) beinhaltet im Wesentlichen dieselbe Berechnung wie die JEITA-Methode, jedoch mit einem kleinen Unterschied im resultierenden Flimmerwert, der durch die Quadrierung der Amplituden in der FFT entsteht.

Flicker_VESA = Flicker_JEITA + 20 log₁₀ (2^-½) (dB)

Datenblätter

• Labsphere Flicker-BT Datenblatt
• Labsphere Flicker-iP Datenblatt