Leuchtdichte

Um die Intensität von Licht zu beschreiben, existieren verschiedene photometrische Größen. Stellt man sich eine Schreibtischleuchte vor, die auf ein Notizbuch leuchtet, vor dem eine Person sitzt, lassen sich folgende Größen unterscheiden:

• Der Lichtstrom beschreibt das Licht, das von der Lichtquelle direkt abgegeben wird (also die Lichtstrahlen, die aus dem Leuchtmittel stammen). Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen.
• Die Lichtstärke beschreibt den Lichtstrom unter Berücksichtigung des Raumwinkels, also die Stärke des Lichts in eine bestimmte Richtung. Dabei ist die Lichtstärke eines Strahlers (gebündeltes Licht) höher, als die eines runden Leuchtmittels (Strahlen verlassen die Lichtquelle annähernd zirkulär). Die Einheit der Lichtstärke ist Candela.
• Die Beleuchtungsstärke ist ein Maß der Menge an Licht, die auf einer bestimmten Fläche ankommt und wird in Lux gemessen. Sie ist wichtig für viele verschiedene Normen, z.B. die minimale Beleuchtungsstärke eines Büroarbeitsplatzes. Diese darf z.B. 500 Lux nicht unterschreiten. Die Beleuchtungsstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von der Lichtquelle ab. D.h. die Beleuchtungsstärke schrumpft auf ein Viertel, wenn die Entfernung zur Lichtquelle verdoppelt wird.
• Die Leuchtdichte ist der vom menschlichen Auge wahrgenommene Lichtstrom, der von einer beleuchteten Fläche oder einer Lichtquelle abgestrahlt wird. Sie wird in Candela/m² gemessen.

Anders als die Lichtstärke oder Lichtausstrahlung berücksichtigt die Leuchtdichte sowohl die Flächenhelligkeit als auch den Raumwinkel, was sie zu einer entscheidenden Größe für die menschliche Wahrnehmung macht. Sie ist zudem abhängig vom Reflexionsgrad der Oberfläche. Eine helle Oberfläche hat beispielsweise eine höhere Leuchtdichte, als eine dunkle Oberfläche.

Die Empfindlichkeit des menschlichen Auges ist sehr variabel. Die Sehschwelle liegt bei etwa 10^-6 cd/m². Ab dieser Leuchtdichte können Stäbchen Helligkeitsunterschiede wahrnehmen, was relevant für das Nachtsehen ist.

Die Zapfen tragen ab 10 ^-3 cd/m² zum Seheindruck bei, während bei 10¹³ cd/m² die Schmerzgrenze liegt. Bei hellem Sonnenschein liegt die Leuchtdichte etwa bei 10⁷ cd/m².

Der Pupillenreflex dient dazu, die von der Retina wahrgenommene Leuchtdichte zu regulieren. Die ins Auge eintretende Lichtmenge hängt linear von der Pupillenfläche (π · r²) und damit quadratisch vom Radius ab.